JPWO2015072483A1 - 作業車両及びその制御方法 - Google Patents

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Abstract

制御部は、接続判定部と、モータ切換制御部と、を有する。接続判定部は、第3 モータ（MG3）による補助の要否を判定する。接続判定部が第3 モータ（MG3）による補助が必要と判定したときには、モータ切換制御部は、第3 モータ（MG3）を接続状態とする。接続判定部が第3 モータ（MG3）による補助が不要と判定したときには、モータ切換制御部は、第3 モータ（MG3）を切断状態とするように、モータ切換機構（73）を制御する。

Description

本発明は、作業車両、特にハイブリッド型の作業車両、及びその制御方法に関する。
近年、エンジンからの駆動力とモータからの駆動力とによって走行するハイブリッド型の作業車両が提案されている。ハイブリッド型の作業車両の動力伝達装置として、例えば特許文献1では、HMT（油圧−機械式変速装置）、或いは、EMT（電気−機械式変速装置）が開示されている。
HMTは、遊星歯車機構と、遊星歯車機構の回転要素に接続される第1ポンプ／モータと第2ポンプ／モータとを有している。第1ポンプ／モータと第2ポンプ／モータとは、作業車両の走行状況に応じて、油圧モータ及び油圧ポンプのいずれかとして機能する。HMTは、これらのポンプ／モータの回転速度を変化させることによって、出力軸の回転速度を無段に変化させることができるように構成されている。また、HMTは、第3ポンプ／モータを有している。第3ポンプ／モータは、第1ポンプ／モータと第2ポンプ／モータとのいずれかを補助するように設けられる。第3ポンプ／モータによって補助されるポンプ／モータは、車速の速度範囲に応じて切り換えられる。
EMTでは、HMTにおける油圧モータの代わりに、電動モータが用いられる。すなわち、EMTは、第1ジェネレータ／モータと第2ジェネレータ／モータと第3ジェネレータ／モータを有する。第1ジェネレータ／モータと第2ジェネレータ／モータとは、作業車両の走行状況に応じて、電動モータ及び発電機のいずれかとして機能する。また、第3ジェネレータ／モータは、上述の第3ポンプ／モータと同様に、第1ジェネレータ／モータと第2ジェネレータ／モータとのいずれかを補助するように設けられる。HMTと同様に、EMTは、これらのジェネレータ／モータの回転速度を変化させることによって、出力軸の回転速度を無段に変化させることができるように構成されている。
特開2006−329244号公報
上記のHMT或いはEMTのように、第1モータと第2モータとを第3モータによって補助することにより、各モータに必要とされる最大トルクを低減することができる。これにより、モータを小型化することができる。
しかし、上記のHMT或いはEMTでは、第3モータは、常に第1モータと第2モータとのいずれか一方に接続されている。従って、第1モータ又は第2モータのトルクのみで十分な場合であっても、第3モータが第1モータ又は第2モータに接続されている。このため、第3モータにおいて発生する機械的な損失が、動力伝達装置での動力伝達効率を低下させる要因となっている。
本発明の課題は、動力伝達装置での動力伝達効率を向上させることができるハイブリッド型の作業車両及びその制御方法を提供することにある。
本発明の一態様に係る作業車両は、エンジンと、油圧ポンプと、作業機と、走行装置と、動力伝達装置と、制御部と、を備える。油圧ポンプは、エンジンによって駆動される。作業機は、油圧ポンプから吐出された作動油によって駆動される。走行装置は、エンジンによって駆動される。動力伝達装置は、エンジンからの駆動力を走行装置に伝達する。制御部は、動力伝達装置を制御する。動力伝達装置は、入力軸と、出力軸と、歯車機構と、第1モータと、第2モータと、第3モータと、モータ切換機構と、を有する。歯車機構は、遊星歯車機構を有し、入力軸の回転を出力軸に伝達する。第1モータは、遊星歯車機構の第1の回転要素に接続される。第2モータは、遊星歯車機構の第2の回転要素に接続される。第3モータは、第1モータと第2モータとを補助する。モータ切換機構は、第3モータを第1モータ又は第2モータに接続した接続状態と、第3モータを第1モータと第2モータとの何れに対しても切断した切断状態とを、選択的に切り換え可能である。動力伝達装置は、第1モータと第2モータと第3モータとの回転速度を変化させることによって、入力軸に対する出力軸の回転速度比を変化させるように構成されている。制御部は、接続判定部と、モータ切換制御部と、を有する。接続判定部は、第3モータによる補助の要否を判定する。接続判定部が第3モータによる補助が必要と判定したときには、モータ切換制御部は、第3モータを接続状態とする。接続判定部が第3モータによる補助が不要と判定したときには、モータ切換制御部は、第3モータを切断状態とするように、モータ切換機構を制御する。
この場合、第3モータによる補助が不要であるときには、第3モータが第1モータと第2モータとの何れに対しても切断された切断状態とされる。これにより、第3モータでの損失の発生を抑えることができ、動力伝達装置での動力伝達効率を向上させることができる。
好ましくは、制御部は、モータ指令決定部をさらに備える。モータ指令決定部は、第3モータへのトルク又は回転速度の指令値を決定する。第3モータが切断状態であるときには、モータ指令決定部は、第3モータへのトルク又は回転速度の指令値を所定の第1待機指令値にする。
この場合、所定の第1待機指令値をゼロ或いは小さな値とすることで、第3モータでの損失の発生をさらに抑えることができる。
好ましくは、第3モータを切断状態から接続状態に切り換えるときには、モータ指令決定部は、第3モータの回転速度を第1モータ及び第2モータのうち第3モータを接続するモータの回転速度と同期させるように、第3モータへの指令値を決定する。
この場合、第3モータと第1モータ又は第2モータとの接続を円滑に行うことができる。これにより、接続時のショックの発生を抑えることができる。
好ましくは、モータ切換機構は、クラッチを有する。クラッチは、第1モータ又は第2モータと、第3モータとの間の接続と切断とを切り換える。クラッチが切断状態から接続状態に切り換わることで、第3モータが切断状態から接続状態に切り換わる。制御部は、予測速度演算部をさらに有する。予測速度演算部は、予測回転速度を演算する。予測回転速度は、現時点から所定の第1予測時間の経過後の第1モータ又は第2モータの回転速度の予測値である。予測回転速度の第3モータの回転軸相当の回転速度と第3モータの回転速度との差が所定の切換閾値以下になると、モータ切換制御部は、クラッチの接続を開始する。
この場合、クラッチの切換に要する時間を考慮して、第1モータ又は第2モータの第3モータの回転軸相当の回転速度と第3モータの回転速度とが近似しているタイミングで、第3モータを切断状態から接続状態に切り換えることができる。これにより、接続時のショックの発生を抑えることができる。
好ましくは、クラッチの接続開始時点から所定の第2予測時間が経過するまで、モータ指令決定部は、第3モータへの指令トルクを所定の待機指令値にする。この場合、クラッチの接続が完了するまでの間、第3モータへの指令トルクは所定の待機指令値となる。このため、所定の待機指令値をゼロ或いは小さな値とすることで、第3モータでの損失を低減することができる。
好ましくは、モータ指令決定部は、第3モータが接続されるモータへの要求指令トルクを決定する。クラッチの接続開始時点から第2予測時間が経過したときに、モータ指令決定部は、要求指令トルクに基づいて第3モータが接続されるモータと第3モータとへの指令トルクを決定する。この場合、クラッチの接続の完了時点に近似したタイミングで、第3モータによる補助を開始することができる。
好ましくは、作業車両は、クラッチ充填検出部をさらに備える。クラッチ充填検出部は、クラッチへの作動油の充填の完了を検知する。クラッチの接続開始時点からクラッチ充填検出部が充填の完了を検知するまで、モータ指令決定部は、第3モータへの指令トルクを所定の待機指令値にする。この場合、クラッチの接続が完了するまでの間、第3モータへの指令トルクは所定の待機指令値となる。このため、所定の待機指令値をゼロ或いは小さな値とすることで、第3モータでの損失を低減することができる。
好ましくは、モータ指令決定部は、第3モータが接続されるモータへの要求指令トルクを決定する。クラッチの接続開始後、クラッチ充填検出部が充填の完了を検知したときに、モータ指令決定部は、要求指令トルクに基づいて第3モータが接続されるモータと第3モータとへの指令トルクを決定する。この場合、クラッチの接続の完了時点に近似したタイミングで、第3モータによる補助を開始することができる。
好ましくは、作業車両は、変速操作部材をさらに備える。変速操作部材は、車速の上限を規定する速度範囲を選択するための部材である。接続判定部は、所定の接続判定条件が満たされているときに、第3モータによる補助が必要であると判定する。所定の接続判定条件は、変速操作部材によって最も低速の速度範囲が選択されていることを含む。
この場合、オペレータが大きなトルクを必要として、最も低速の速度範囲を選択しているときに、第3モータが接続状態とされる。これにより、第3モータが第1モータ又は第2モータを補助することで、大きなトルクを得ることができる。
好ましくは、作業車両は、車速を検知する車速検知部とアクセル操作部材とをさらに備える。制御部は、トランスミッション要求決定部をさらに有する。トランスミッション要求決定部は、車速とアクセル操作部材の操作量とに基づいて、動力伝達装置の要求牽引力を決定する。接続判定部は、所定の接続判定条件が満たされているときに、第3モータによる補助が必要であると判定する。所定の接続判定条件は、第1モータの出力トルクと第2モータの出力トルクとから得られる動力伝達装置の牽引力が要求牽引力に不足することを含む。
この場合、要求牽引力を得るためには第3モータの補助が必要な場合に、第3モータが接続状態とされる。これにより、第3モータが第1モータ又は第2モータを補助することで、要求牽引力を得ることができる。
好ましくは、作業車両は、変速操作部材と、車速検知部と、アクセル操作部材とをさらに備える。変速操作部材は、車速の上限を規定する速度範囲を選択するための部材である。車速検知部は、車速を検知する。制御部は、トランスミッション要求決定部をさらに有する。トランスミッション要求決定部は、車速とアクセル操作部材の操作量とに基づいて、動力伝達装置の要求牽引力を決定する。接続判定部は、所定の切断判定条件が満たされているときに、第3モータによる補助が不要であると判定する。所定の切断判定条件は、変速操作部材によって最も低速の速度範囲以外の速度範囲が選択されており、且つ、第1モータの出力トルクと第2モータの出力トルクとから得られる牽引力が要求牽引力に不足しないことを含む。
この場合、オペレータが大きなトルクを不要として、最も低速の速度範囲以外の速度範囲を選択しており、且つ、第1モータの出力トルクと第2モータの出力トルクとから得られる牽引力が要求牽引力に不足しないときに、第3モータが切断状態とされる。これにより、第3モータでの損失の発生を抑えることができ、燃費を向上させることができる。
好ましくは、モータ切換制御部は、第3モータの回転速度が所定の上限値より大きいときには、第3モータを切断状態とするようにモータ切換機構を制御する。この場合、第3モータの過回転を防止することで、第3モータを保護することができる。
好ましくは、第3モータを接続状態とした後の第3モータの回転速度が所定の上限回転速度を超えている場合には、モータ切換制御部は、第3モータを切断状態に切り換え、モータ指令値決定部は、第3モータの回転速度の指令値を、第1待機指令値より大きい所定の第2待機指令値とする。この場合、第3モータMG3を第2待機指令値で待機させることで、より迅速に第3モータMG3を接続させることができる。
好ましくは、接続判定部は、要求牽引力を発生させるために必要となる第１モータの出力トルク又は第２モータの出力トルクが所定の上限閾値以上であるときに、第１モータの出力トルクと第２モータの出力トルクとから得られる牽引力が要求牽引力に不足すると判定する。これにより、牽引力が要求牽引力に不足することを精度よく判定することができる。
好ましくは、作業車両は、モード切換機構と変速操作部材とをさらに備える。モード切換機構は、動力伝達装置における駆動力伝達経路を複数のモード間で切り換えるための機構である。変速操作部材は、車速の上限を規定する速度範囲を選択するための部材である。第3モータが切断状態であるときに、モータ指令値決定部は、選択されているモードと速度範囲とに応じた所定回転速度で第3モータが待機状態となるように、第3モータへのトルク又は回転速度の指令値を決定する。この場合、選択されているモードと速度範囲とに適した回転速度で第3モータを待機させることができる。例えば、選択されているモードと速度範囲とから、第3モータが接続されるモータの回転速度が高いと予想される場合には、第3モータを高回転速度で待機させることにより、第3モータの接続を迅速に行うことができる。
本発明の他の態様に係る作業車両の制御方法は、エンジンと、油圧ポンプと、作業機と、走行装置と、動力伝達装置と、を備える作業車両の制御方法である。油圧ポンプは、エンジンによって駆動される。作業機は、油圧ポンプから吐出された作動油によって駆動される。走行装置は、エンジンによって駆動される。動力伝達装置は、エンジンからの駆動力を走行装置に伝達する。動力伝達装置は、入力軸と、出力軸と、歯車機構と、第1モータと、第2モータと、第3モータと、モータ切換機構と、を有する。歯車機構は、遊星歯車機構を有し、入力軸の回転を出力軸に伝達する。第1モータは、遊星歯車機構の第1の回転要素に接続される。第2モータは、遊星歯車機構の第2の回転要素に接続される。第3モータは、第1モータと第2モータとを補助する。モータ切換機構は、第3モータを第1モータ又は第2モータに接続した接続状態と、第3モータを第1モータと第2モータとの何れに対しても切断した切断状態とを、選択的に切り換え可能である。動力伝達装置は、第1モータと第2モータと第3モータとの回転速度を変化させることによって、入力軸に対する出力軸の回転速度比を変化させるように構成されている。本態様に係る制御方法は、第1ステップと第2ステップと第3ステップとを備える。第1ステップでは、第3モータによる補助の要否を判定する。第2ステップでは、第3モータによる補助が必要と判定されたときに、第3モータを接続状態とするようにモータ切換機構を制御する。第3ステップでは、第3モータによる補助が不要と判定されたときに、第3モータを切断状態とするようにモータ切換機構を制御する。
本発明によれば、ハイブリッド型の作業車両において、動力伝達装置での動力伝達効率を向上させることができる。
本発明の実施形態に係る作業車両の側面図である。 作業車両の構成を示す模式図である。 動力伝達装置の構成を示す模式図である。 回転速度比に対する第1モータと第2モータと第3モータとの回転速度の変化を示す図である。 制御部によって実行される処理を示す制御ブロック図である。 制御部によって実行される処理を示す制御ブロック図である。 第3モータを切断状態から接続状態に切り換えるときの処理を示すフローチャートである。 第2接続判定条件の判定方法を示すフローチャートである。 第3モータの同期制御の処理を示すフローチャートである。 同期制御における第1回転速度と第1予測回転速度と第3モータの回転速度との変化を示す図である。 第3モータを接続状態から切断状態に切り換えるときの処理を示すフローチャートである。 第3モータを第1の待機モードと第2の待機モードとで待機させる場合の第1モータと第2モータと第3モータとの回転速度の変化を示す図である。 第3モータの接続先を第2モータから第1モータに切り換えるときの処理を示すフローチャートである。 切換制御における第1回転速度と第2回転速度との変化を示す図である。 要求トルクに対する第1モータと第3モータとへの指令トルクの分配を示す図である。 本実施形態における第1モータと第2モータと第3モータとの回転速度及び指令トルクの変化を示す図である。 比較例における回転速度比に対する第1モータと第2モータとの回転速度及び指令トルクの変化を示す図である。 他の実施形態にかかる制御部によって実行される処理を示す制御ブロック図である。 第1変形例に係る第1モータと第3モータとへの指令トルクの分配を示す図である。 第2変形例に係る第1モータと第3モータとへの指令トルクの分配を示す図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の実施形態に係る作業車両1の側面図である。図1に示すように、作業車両1は、車体フレーム2と、作業機3と、走行輪4, 5と、運転室6とを備えている。作業車両1は、ホイールローダであり、走行輪4, 5が回転駆動されることにより走行する。作業車両1は、作業機3を用いて掘削等の作業を行うことができる。
車体フレーム2には、作業機3および走行輪4,5が取り付けられている。作業機3は、後述する作業機ポンプ23（図2参照）からの作動油によって駆動される。作業機3は、ブーム11とバケット12とを有する。ブーム11は、車体フレーム2に装着されている。作業機3は、リフトシリンダ13とバケットシリンダ14とを有している。リフトシリンダ13とバケットシリンダ14とは、油圧シリンダである。リフトシリンダ13の一端は車体フレーム2に取り付けられている。リフトシリンダ13の他端はブーム11に取り付けられている。リフトシリンダ13が作業機ポンプ23からの作動油によって伸縮することによって、ブーム11が上下に揺動する。バケット12は、ブーム11の先端に取り付けられている。バケットシリンダ14の一端は車体フレーム2に取り付けられている。バケットシリンダ14の他端はベルクランク15を介してバケット12に取り付けられている。バケットシリンダ14が、作業機ポンプ23からの作動油によって伸縮することによって、バケット12が上下に揺動する。
車体フレーム2には、運転室6が取り付けられている。運転室6は、車体フレーム2上に載置されている。運転室6内には、オペレータが着座するシートや、後述する操作装置などが配置されている。車体フレーム2は、前フレーム16と後フレーム17とを有する。前フレーム16と後フレーム17とは互いに左右方向に揺動可能に取り付けられている。
作業車両1は、ステアリングシリンダ18を有している。ステアリングシリンダ18は、前フレーム16と後フレーム17とに取り付けられている。ステアリングシリンダ18は、油圧シリンダである。ステアリングシリンダ18が、後述するステアリングポンプ30からの作動油によって伸縮することによって、作業車両1の進行方向が左右に変更される。
図2は、作業車両1の構成を示す模式図である。図2に示すように、作業車両1は、エンジン21、PTO22、動力伝達装置24、走行装置25、操作装置26、制御部27などを備えている。
エンジン21は、例えばディーゼルエンジンである。エンジン21の出力は、エンジン21のシリンダ内に噴射する燃料量を調整することにより制御される。燃料量の調整は、エンジン21に取り付けられた燃料噴射装置28を制御部27が制御することで行われる。作業車両1は、エンジン回転速度検出部31を備えている。エンジン回転速度検出部31は、エンジン回転速度を検出し、エンジン回転速度を示す検出信号を制御部27へ送る。
作業車両1は、作業機ポンプ23と、ステアリングポンプ30と、トランスミッションポンプ29とを有する。作業機ポンプ23と、ステアリングポンプ30と、トランスミッションポンプ29とは、油圧ポンプである。PTO（Power Take Off）22は、これらの油圧ポンプ23, 30,
29に、エンジン21からの駆動力の一部を伝達する。すなわち、PTO22は、これらの油圧ポンプ23, 30, 29と、動力伝達装置24とにエンジン21からの駆動力を分配する。
作業機ポンプ23は、エンジン21からの駆動力によって駆動される。作業機ポンプ23から吐出された作動油は、作業機制御弁41を介して、上述したリフトシリンダ13とバケットシリンダ14とに供給される。作業車両1は、作業機ポンプ圧検出部32を備えている。作業機ポンプ圧検出部32は、作業機ポンプ23からの作動油の吐出圧（以下、「作業機ポンプ圧」と呼ぶ）を検出し、作業機ポンプ圧を示す検出信号を制御部27へ送る。
作業機ポンプ23は、可変容量型の油圧ポンプである。作業機ポンプ23の斜板或いは斜軸の傾転角が変更されることにより、作業機ポンプ23の吐出容量が変更される。作業機ポンプ23には、第1容量制御装置42が接続されている。第1容量制御装置42は、制御部27によって制御され、作業機ポンプ23の傾転角を変更する。これにより、作業機ポンプ23の吐出容量が制御部27によって制御される。作業車両1は、第1傾転角検出部33を備えている。第1傾転角検出部33は、作業機ポンプ23の傾転角を検出し、傾転角を示す検出信号を制御部27へ送る。
ステアリングポンプ30は、エンジン21からの駆動力によって駆動される。ステアリングポンプ30から吐出された作動油は、ステアリング制御弁43を介して、上述したステアリングシリンダ18に供給される。作業車両1は、ステアリングポンプ圧検出部34を備えている。ステアリングポンプ圧検出部34は、ステアリングポンプ30からの作動油の吐出圧（以下、「ステアリングポンプ圧」と呼ぶ）を検出し、ステアリングポンプ圧を示す検出信号を制御部27へ送る。
ステアリングポンプ30は、可変容量型の油圧ポンプである。ステアリングポンプ30の斜板或いは斜軸の傾転角が変更されることにより、ステアリングポンプ30の吐出容量が変更される。ステアリングポンプ30には、第2容量制御装置44が接続されている。第2容量制御装置44は、制御部27によって制御され、ステアリングポンプ30の傾転角を変更する。これにより、ステアリングポンプ30の吐出容量が制御部27によって制御される。作業車両1は、第2傾転角検出部35を備えている。第2傾転角検出部35は、ステアリングポンプ30の傾転角を検出し、傾転角を示す検出信号を制御部27へ送る。
トランスミッションポンプ29は、エンジン21からの駆動力によって駆動される。トランスミッションポンプ29は、固定容量型の油圧ポンプである。トランスミッションポンプ29から吐出された作動油は、クラッチ制御弁38を介して後述する動力伝達装置24のクラッチCF, CR, CL, CH, Cm1, Cm2に供給される。
PTO22は、エンジン21からの駆動力の一部を動力伝達装置24に伝達する。動力伝達装置24は、エンジン21からの駆動力を走行装置25に伝達する。動力伝達装置24は、エンジン21からの駆動力を変速して出力する。動力伝達装置24の構成については後に詳細に説明する。
走行装置25は、アクスル45と、走行輪4,5とを有する。アクスル45は、動力伝達装置24からの駆動力を走行輪4, 5に伝達する。これにより、走行輪4, 5が回転する。作業車両1は、車速検出部37を備えている。車速検出部37は、動力伝達装置24の出力軸63の回転速度（以下、「出力回転速度」と呼ぶ）を検出する。出力回転速度は車速に対応しているため、車速検出部37は、出力回転速度を検出することで車速を検出する。また、車速検出部37は、出力軸63の回転方向を検出する。出力軸63の回転方向は、作業車両1の進行方向に対応しているため、車速検出部37は、出力軸63の回転方向を検出することで作業車両1の進行方向を検出する進行方向検出部として機能する。車速検出部37は、出力回転速度及び回転方向を示す検出信号を制御部27に送る。
操作装置26は、オペレータによって操作される。操作装置26は、アクセル操作装置51と、作業機操作装置52と、変速操作装置53と、前後進操作装置54（以下、「FR操作装置54」）と、ステアリング操作装置57と、ブレーキ操作装置58と、を有する。
アクセル操作装置51は、アクセル操作部材51aと、アクセル操作検出部51bとを有する。アクセル操作部材51aは、エンジン21の目標回転速度を設定するために操作される。アクセル操作検出部51bは、アクセル操作部材51aの操作量（以下、「アクセル操作量」と呼ぶ）を検出する。アクセル操作検出部51bは、アクセル操作量を示す検出信号を制御部27へ送る。
作業機操作装置52は、作業機操作部材52aと作業機操作検出部52bとを有する。作業機操作部材52aは、作業機3を動作させるために操作される。作業機操作検出部52bは、作業機操作部材52aの位置を検出する。作業機操作検出部52bは、作業機操作部材52aの位置を示す検出信号を制御部27に出力する。作業機操作検出部52bは、作業機操作部材52aの位置を検出することで、作業機操作部材52aの操作量を検出する。
変速操作装置53は、変速操作部材53aと変速操作検出部53bとを有する。変速操作部材53aは、車速の上限を規定する速度範囲を選択するための部材である。オペレータは、変速操作部材53aを操作することにより、動力伝達装置24の速度範囲を選択することができる。変速操作検出部53bは、変速操作部材53aの位置を検出する。変速操作部材53aの位置は、例えば1速及び2速など複数の速度範囲に対応している。変速操作検出部53bは、変速操作部材53aの位置を示す検出信号を制御部27に出力する。
FR操作装置54は、前後進操作部材54a（以下、「FR操作部材54a」）と、前後進位置検出部54b（以下、「FR位置検出部54b」）とを有する。オペレータは、FR操作部材54aを操作することにより、作業車両1の前進と後進とを切り換えることができる。FR操作部材54aは、前進位置(F)と中立位置(N)と後進位置(R)とに選択的に切り換えられる。FR位置検出部54bは、FR操作部材54aの位置を検出する。FR位置検出部54bは、FR操作部材54aの位置を示す検出信号を制御部27に出力する。
ステアリング操作装置57は、ステアリング操作部材57aを有する。ステアリング操作装置57は、ステアリング操作部材57aの操作に基づきパイロット油圧をステアリング制御弁43に供給することにより、ステアリング制御弁43を駆動する。なお、ステアリング操作装置57はステアリング操作部材57aの操作を電気信号に変換してステアリング制御弁43を駆動してもよい。オペレータは、ステアリング操作部材57aを操作することにより、作業車両1の進行方向を左右に変更することができる。
ブレーキ操作装置58は、ブレーキ操作部材58aとブレーキ操作検出部58bとを有する。オペレータは、ブレーキ操作部材58aを操作することにより、作業車両1の減速力を操作することができる。ブレーキ操作検出部58bは、ブレーキ操作部材58aの操作量（以下、「ブレーキ操作量」と呼ぶ）を検出する。ブレーキ操作検出部58bは、ブレーキ操作量を示す検出信号を制御部27に出力する。なお、ブレーキ操作量として、ブレーキオイルの圧力が用いられてもよい。
制御部27は、CPUなどの演算装置と、RAM及びROMなどのメモリとを有しており、作業車両1を制御するための処理を行う。また、制御部は、記憶部56を有する。記憶部56は、作業車両1を制御するためのプログラム及びデータを記憶している。
制御部27は、アクセル操作量に応じたエンジン21の目標回転速度が得られるように、指令スロットル値を示す指令信号を燃料噴射装置28に送る。制御部27によるエンジン21の制御については後に詳細に説明する。
制御部27は、作業機操作検出部52bからの検出信号に基づいて作業機制御弁41を制御することにより、油圧シリンダ13, 14に供給される油圧を制御する。これにより、油圧シリンダ13, 14が伸縮して、作業機3が動作する。
また、制御部27は、各検出部からの検出信号に基づいて、動力伝達装置24を制御する。制御部27による動力伝達装置24の制御については後に詳細に説明する。
次に、動力伝達装置24の構成について詳細に説明する。図3は、動力伝達装置24の構成を示す模式図である。図3に示すように、動力伝達装置24は、入力軸61と、歯車機構62と、出力軸63と、第1モータMG1と、第2モータMG2と、第3モータMG3と、キャパシタ64と、を備えている。入力軸61は、上述したPTO22に接続されている。入力軸61には、PTO22を介してエンジン21からの回転が入力される。歯車機構62は、入力軸61の回転を出力軸63に伝達する。出力軸63は、上述した走行装置25に接続されており、歯車機構62からの回転を上述した走行装置25に伝達する。
歯車機構62は、エンジン21からの駆動力を伝達する機構である。歯車機構は、モータMG1, MG2, MG3の回転速度の変化に応じて、入力軸61に対する出力軸63の回転速度比を変化させるように構成されている。歯車機構62は、FR切換機構65と、変速機構66と、を有する。
FR切換機構65は、前進用クラッチCF（以下、「FクラッチCF」と呼ぶ）と、後進用クラッチCR（以下、「RクラッチCR」と呼ぶ）と、図示しない各種のギアとを有している。FクラッチCFとRクラッチCRとは、油圧式クラッチであり、各クラッチCF, CRには、トランスミッションポンプ29からの作動油が供給される。FクラッチCFへの作動油は、図2に示すクラッチ制御弁38によって制御される。RクラッチCRへの作動油は、クラッチ制御弁38によって制御される。クラッチ制御弁38は、制御部27からの指令信号によって制御される。
FクラッチCFの接続／切断とRクラッチCRの接続／切断とが切り換えられることによって、FR切換機構65から出力される回転の方向が切り換えられる。詳細には、車両の前進時には、FクラッチCFが接続され、RクラッチCRが切断される。車両の後進時には、FクラッチCFが切断され、RクラッチCRが接続される。
変速機構66は、伝達軸67と、第1遊星歯車機構68と、第2遊星歯車機構69と、Hi／Lo切換機構70と、出力ギア71と、を有している。伝達軸67は、FR切換機構65に連結されている。第1遊星歯車機構68及び第2遊星歯車機構69は、伝達軸67と同軸上に配置されている。
第1遊星歯車機構68は、第1サンギアS1と、複数の第1遊星ギアP1と、複数の第1遊星ギアP1を支持する第1キャリアC1と、第1リングギアR1とを有している。第1サンギアS1は、伝達軸67に連結されている。複数の第1遊星ギアP1は、第1サンギアS1と噛み合い、第1キャリアC1に回転可能に支持されている。第1キャリアC1の外周部には、第1キャリアギアGc1が設けられている。第1リングギアR1は、複数の遊星ギアP1に噛み合うとともに回転可能である。また、第1リングギアR1の外周には、第1リング外周ギアGr1が設けられている。
第2遊星歯車機構69は、第2サンギアS2と、複数の第2遊星ギアP2と、複数の第2遊星ギアP2を支持する第2キャリアC2と、第2リングギアR2とを有している。第2サンギアS2は第1キャリアC1に連結されている。複数の第2遊星ギアP2は、第2サンギアS2と噛み合い、第2キャリアC2に回転可能に支持されている。第2リングギアR2は、複数の遊星ギアP2に噛み合うとともに回転可能である。第2リングギアR2の外周には、第2リング外周ギアGr2が設けられている。第2リング外周ギアGr2は出力ギア71に噛み合っており、第2リングギアR2の回転は出力ギア71を介して出力軸63に出力される。
Hi／Lo切換機構70は、動力伝達装置24における駆動力伝達経路を、車速が高い高速モード（Hiモード）と車速が低い低速モード（Loモード）で切り換えるための機構である。このHi／Lo切換機構70は、Hiモード時に接続にされるHクラッチCHと、Loモード時に接続にされるLクラッチCLとを有している。HクラッチCHは、第1リングギアR1と第2キャリアC2とを接続又は切断する。また、LクラッチCLは、第2キャリアC2と固定端72とを接続又は切断し、第2キャリアC2の回転を禁止又は許容する。
なお、各クラッチCH, CLは油圧式クラッチであり、各クラッチCH, CLには、それぞれトランスミッションポンプ29からの作動油が供給される。HクラッチCHへの作動油は、クラッチ制御弁38によって制御される。LクラッチCLへの作動油は、クラッチ制御弁38によって制御される。
第1モータMG1及び第2モータMG2は、電気エネルギーによって駆動力を発生させる駆動モータとして機能する。また、第1モータMG1及び第2モータMG2は、入力される駆動力を用いて電気エネルギーを発生させるジェネレータとしても機能する。第1モータMG1に回転方向と逆方向のトルクが作用するように制御部27から指令信号が与えられた場合は、第1モータMG1はジェネレータとして機能する。第1モータMG1の回転軸Sm1には第1モータギアGm1が固定されており、第1モータギアGm1は第1キャリアギアGc1に噛み合っている。
第2モータMG2は、第1モータMG1と同様の構成である。第2モータMG2の回転軸Sm2には第2モータギアGm2が固定されており、第2モータギアGm2は第1リング外周ギアGr1に噛み合っている。
第3モータMG3は、第1モータMG1と第2モータMG2とを補助する。第3モータMG3は、第1モータMG1及び第2モータMG2と同様の構成である。変速機構66は、モータ切換機構73を有しており、モータ切換機構73は、第3モータMG3による補助対象を、第1モータMG1と第2モータMG2とに選択的に切り換える。
詳細には、モータ切換機構73は、第1モータクラッチCm1と、第2モータクラッチCm2と、第1接続ギアGa1と、第2接続ギアGa2とを有する。第3モータMG3の回転軸Sm3には第3モータギアGm3が接続されており、第3モータギアGm3は、第1接続ギアGa1に噛み合っている。第1モータクラッチCm1は、第1モータMG1の回転軸Sm1と第1接続ギアGa1との接続及び切断を切り換える。第1接続ギアGa1は、第2接続ギアGa2と噛み合っている。第2モータクラッチCm2は、第2モータMG2の回転軸Sm2と第2接続ギアGa2との接続及び切断を切り換える。
第1モータクラッチCm1と第2モータクラッチCm2とは油圧式のクラッチである。各モータクラッチCm1, Cm2には、それぞれトランスミッションポンプ29からの作動油が供給される。各モータクラッチCm1, Cm2への作動油は、クラッチ制御弁38によって制御される。
モータ切換機構73は、第3モータMG3を、第1接続状態と第2接続状態と切断状態とに切換可能である。第1接続状態では、第1モータクラッチCm1が接続され、且つ、第2モータクラッチCm2が切断される。すなわち、第1接続状態では、第3モータMG3は、第1モータMG1に接続され、第1モータMG1を補助する。第2接続状態では、第2モータクラッチCm2が接続され、且つ、第1モータクラッチCm1が切断される。すなわち、第2接続状態では、第3モータMG3は、第2モータMG2に接続され、第2モータMG2を補助する。切断状態では、第1モータクラッチCm1と第2モータクラッチCm2とが切断される。すなわち切断状態では、第3モータは第1モータと第2モータとの何れからも切断されており、第1モータと第2モータとの何れも補助しない。
第1モータMG1は第1インバータI1を介してキャパシタ64に接続されている。第2モータMG2は第2インバータI2を介してキャパシタ64に接続されている。第3モータMG3は第3インバータI3を介してキャパシタ64に接続されている。
キャパシタ64は、モータMG1, MG2, MG3で発生するエネルギーを蓄えるエネルギー貯留部として機能する。すなわち、キャパシタ64は、各モータMG1, MG2の合計発電量が多いときに、各モータMG1, MG2, MG3で発電された電力を蓄電する。また、キャパシタ64は、各モータMG1, MG2, MG3の合計電力消費量が多いときに、電力を放電する。すなわち、各モータMG1, MG2, MG3は、キャパシタ64に蓄えられた電力によって駆動される。或いは、キャパシタ64に蓄えられた電力によって、各モータMG1, MG2, MG3を駆動することもできる。なお、キャパシタに代えてバッテリーが蓄電手段として用いられてもよい。また、蓄電手段とインバータとの間に、電圧を調整するための昇圧器が配置されてもよい。
制御部27は、各種の検出部からの検出信号を受けて、モータMG1, MG2, MG3への指令トルクを示す指令信号を各インバータI1, I2, I3に与える。なお、制御部27は、モータMG1,
MG2, MG3の回転速度指令を出力してもよい。この場合、インバータI1, I2, I3が回転速度指令に応じた指令トルクを計算して、モータMG1, MG2, MG3を制御する。また、制御部27は、各クラッチCF, CR, CH, CL, Cm1, Cm2のクラッチ油圧を制御するための指令信号をクラッチ制御弁38に与える。クラッチ制御弁38は、各クラッチCF, CR, CH, CL, Cm1, Cm2を制御するための複数のバルブを含む。
制御部27からの指令信号によってモータMG1, MG2, MG3及びクラッチCF, CR, CH, CL, Cm1, Cm2が制御されることにより、動力伝達装置24の変速比及び出力トルクが制御される。以下、動力伝達装置24の動作について説明する。
ここでは、エンジン21の回転速度を一定に保ったまま車速が0から前進側に加速する場合における動力伝達装置24の概略動作を、図4を用いて説明する。図4は、各モータMG1, MG2, MG3の回転速度と動力伝達装置24の回転速度比との関係を示している。エンジン21の回転速度が一定である場合には、動力伝達装置24の回転速度比に応じて車速が変化する。回転速度比は、入力軸61の回転速度に対する出力軸63の回転速度の比である。従って、図4において、動力伝達装置24の回転速度比の変化は、車速の変化に一致する。すなわち、図4は、車速に対する各モータMG1, MG2, MG3の回転速度を示したものである。図4において、一点差線La_m1は第1モータMG1の回転速度、一点差線La_m2は第2モータMG2の回転速度を示している。実線La_m3及び破線La_m3’は、第3モータMG3の回転速度を示している。なお、図4において、縦軸の各モータMG1, MG2, MG3の回転速度は、エンジン21の回転速度に対する各モータMG1, MG2, MG3の回転速度の比であってもよい。
また、図4は、第1モータクラッチCm1と第2モータクラッチCm2の接続（ON）状態と切断（OFF）状態とを示している。図4において、実線La_cm1と破線実線La_cm1’とは、第1モータクラッチCm1への指令信号の変化を示している。実線La_cm2は、第2モータクラッチCm2への指令信号の変化を示している。
回転速度比が0から所定の閾値RSth1までの間の値であるときには、動力伝達装置24の動力伝達経路はLoモードとされる。Loモードでは、LクラッチCLが接続され、HクラッチCHが切断される。Loモードでは、HクラッチCHが切断されているので、第2キャリアC2と第1リングギアR1とが切断される。また、LクラッチCLが接続されるので、第2キャリアC2が固定される。
Loモードにおいては、エンジン21からの駆動力は、伝達軸67を介して第1サンギアS1に入力され、この駆動力は第1キャリアC1から第2サンギアS2に出力される。一方、第1サンギアS1に入力された駆動力は第1遊星ギアP1から第1リングギアR1に伝達され、第1リング外周ギアGr1及び第2モータギアGm2を介して第2モータMG2に出力される。第2モータMG2は、このLoモードにおいては、主としてジェネレータとして機能しており、第2モータMG2によって発電された電力の一部は、キャパシタ64に蓄電される。また、第2モータMG2によって発電された電力の一部は、第1モータMG1の駆動に消費される。
また、Loモードにおいては、第1モータMG1は、主として電動モータとして機能する。第1モータMG1の駆動力は、第1モータギアGm1→第1キャリアギアGc1→第1キャリアC1→の経路で第2サンギアS2に出力される。この際、第1モータMG1を駆動するための電力は第2モータMG２から、或いは、必要に応じてキャパシタ64から供給される。以上のようにして第2サンギアS2に出力された駆動力は、第2遊星ギアP2→第2リングギアR2→第2リング外周ギアGr2→出力ギア71の経路で出力軸63に伝達される。
Loモードにおいては、第3モータMG3による補助が必要と判定された場合に、第3モータMG3が第1モータMG1又は第2モータMG2に接続される。第3モータMG3による補助が不要と判定された場合には、第3モータMG3は、第1モータMG1と第2モータMG2とのいずれにも接続されず、切断状態となる。第3モータMG3による補助が不要である場合には、第1モータクラッチCm1と第2モータクラッチCm2とは切断される。なお、図4において、Loモードでの実線La_m3は、第3モータMG3による補助が不要である場合の第3モータMG3の回転速度を示している。
Loモードにおいて第3モータMG3が第1モータMG1を補助する場合には、第1モータクラッチCm1が接続され、第2モータクラッチCm2が切断される。従って、第1接続ギアGa1が第1モータMG1の回転軸Sm3に接続され、第2接続ギアGa2が第2モータMG2の回転軸Sm2から切断される。これにより、第3モータギアGm3と第1接続ギアGa1と第1モータクラッチCm1とを介して、第3モータMG3が第1モータMG1に接続される。また、第2モータクラッチCm2が切断されるので、第3モータMG3は第2モータMG2から切断される。なお、図4において、Loモードでの破線La_m3’は、第3モータMG3によって第1モータMG1を補助する場合の第3モータMG3の回転速度を示している。
Loモードにおいて第3モータMG3が第2モータMG2を補助する場合には、第1モータクラッチCm1が切断され、第2モータクラッチCm2が接続される。従って、第2接続ギアGa2が第2モータMG2の回転軸Sm2に接続され、第1接続ギアGa1が第1モータMG1の回転軸Sm1から切断されている。これにより、第3モータギアGm3と第1接続ギアGa1と第2接続ギアGa2と第2モータクラッチCm2とを介して、第3モータMG3が第2モータMG2に接続される。また、第1モータクラッチCm1が切断されるので、第3モータMG3は第1モータMG1から切断される。
回転速度比がRSth1を超える値であるときには、動力伝達装置24の動力伝達経路がHiモードとされる。Hiモードでは、HクラッチCHが接続され、LクラッチCLが切断される。Hiモードでは、HクラッチCHが接続されているので、第2キャリアC2と第1リングギアR1とが接続される。また、LクラッチCLが切断されるので、第2キャリアC2が切断される。従って、第1リングギアR1と第2キャリアC2の回転速度とは一致する。
Hiモードでは、エンジン21からの駆動力は第1サンギアS1に入力され、この駆動力は第1キャリアC1から第2サンギアS2に出力される。また、第1サンギアS1に入力された駆動力は、第1キャリアC1から第1キャリアギアGc1及び第1モータギアGm1を介して第1モータMG1に出力される。このHiモードでは、第1モータMG1は主としてジェネレータとして機能するので、この第1モータMG1で発電された電力の一部は、キャパシタ64に蓄電される。また、第1モータMG1で発電された電力の一部は、第2モータMG2の駆動に消費される。
また、第2モータMG2の駆動力は、第2モータギアGm2→第1リング外周ギアGr1→第1リングギアR1→HクラッチCHの経路で第2キャリアC2に出力される。この際、第2モータMG2を駆動するための電力は第1モータMG1から、或いは、必要に応じてキャパシタ64から供給される。以上のようにして第2サンギアS2に出力された駆動力は第2遊星ギアP2を介して第2リングギアR2に出力されるとともに、第2キャリアC2に出力された駆動力は第2遊星ギアP2を介して第2リングギアR2に出力される。このようにして第2リングギアR2で合わさった駆動力が、第2リング外周ギアGr2及び出力ギア71を介して出力軸63に伝達される。
Hiモードにおいては、第3モータMG3は、第1モータMG1と第2モータMG2とのいずれかに接続される。Hiモードにおいて第3モータMG3が第1モータMG1を補助する場合には、Loモードと同様に、第1モータクラッチCm1が接続され、第2モータクラッチCm2が切断される。従って、第1接続ギアGa1が第1モータMG1の回転軸Sm3に接続され、第2接続ギアGa2が第2モータMG2の回転軸Sm2から切断される。これにより、第3モータギアGm3と第1接続ギアGa1と第1モータクラッチCm1とを介して、第3モータMG3が第1モータMG1に接続される。また、第2モータクラッチCm2が切断されるので、第3モータMG3は第2モータMG2から切断される。
Hiモードにおいて第3モータMG3が第2モータMG2を補助する場合には、第1モータクラッチCm1が切断され、第2モータクラッチCm2が接続される。従って、第2接続ギアGa2が第2モータMG2の回転軸Sm2に接続され、第1接続ギアGa1が第1モータMG1の回転軸Sm1から切断される。これにより、第3モータギアGm3と第1接続ギアGa1と第2接続ギアGa2と第2モータクラッチCm2とを介して、第3モータMG3が第2モータMG2に接続される。また、第1モータクラッチCm1が切断されるので、第3モータMG3は第1モータMG1から切断される。
なお、以上は前進駆動時の説明であるが、後進駆動時においても同様の動作となる。また、制動時には、第1モータMG1と第2モータMG2とのジェネレータ及びモータとしての役割は上記と逆になる。
次に、制御部27による動力伝達装置24の制御について説明する。制御部27は、第1モータMG1と第2モータMG2と第3モータMG3とのモータトルクを制御することにより、動力伝達装置24の出力トルクを制御する。すなわち、制御部27は、第1モータMG1と第2モータMG2と第3モータMG3とのモータトルクを制御することにより、作業車両1の牽引力を制御する。
まず、第1モータMG1及び第2モータMG2への指令トルクの決定方法について説明する。図5は、制御部27によって実行される処理を示す制御ブロック図である。図5に示すように、制御部27は、トランスミッション要求決定部84と、エネルギーマネジメント要求決定部85と、作業機要求決定部86と、を有する。
トランスミッション要求決定部84は、アクセル操作量Aacと出力回転速度Noutとに基づいて、要求牽引力Toutを決定する。詳細には、トランスミッション要求決定部84は、記憶部56に記憶されている要求牽引力特性情報D1に基づいて、出力回転速度Noutから要求牽引力Toutを決定する。要求牽引力特性情報D1は、出力回転速度Noutと要求牽引力Toutとの関係を規定する要求牽引力特性を示すデータである。また、要求牽引力特性は、アクセル操作量Aacに応じて変更される。要求牽引力特性は、所定の車速−牽引力特性に対応している。トランスミッション要求決定部84は、アクセル操作量Aacに応じた要求牽引力特性を用いて、出力回転速度Noutから要求牽引力Toutを決定し、出力回転速度Noutと要求牽引力Toutとの積よりトランスミッション要求馬力Htmを決定する。
エネルギーマネジメント要求決定部85は、キャパシタ64での電力の残量に基づいてエネルギーマネジメント要求馬力Hemを決定する。エネルギーマネジメント要求馬力Hemは、キャパシタ64を充電するために動力伝達装置24が必要とする馬力である。例えば、エネルギーマネジメント要求決定部85は、キャパシタ64の電圧Vcaから、現在のキャパシタ充電量を決定する。エネルギーマネジメント要求決定部85は、現在のキャパシタ充電量が少なくなるほど、エネルギーマネジメント要求馬力Hemを大きくする。
作業機要求決定部86は、作業機ポンプ圧Pwpと作業機操作部材52aの操作量Awo（以下、「作業機操作量Awo」と呼ぶ）とに基づいて作業機要求馬力Hptoを決定する。本実施形態において、作業機要求馬力Hptoは、作業機ポンプ23に分配される馬力である。ただし、作業機要求馬力Hptoは、ステアリングポンプ30及び／又はトランスミッションポンプ29に分配される馬力を含んでもよい。詳細には、作業機要求決定部86は、要求流量情報D2に基づいて、作業機操作量Awoから作業機ポンプ23の要求流量Qdmを決定する。要求流量情報D2は、記憶部56に記憶されており、要求流量Qdmと作業機操作量Awoとの関係を規定する。作業機要求決定部86は、要求流量Qdmと作業機ポンプ圧Pwpとから作業機要求馬力Hptoを決定する。
制御部27は、目標出力軸トルク決定部82と、目標入力軸トルク決定部81と、モータ指令決定部83と、を有する。
目標出力軸トルク決定部82は、目標出力軸トルクTo_refを決定する。目標出力軸トルクTo_refは、動力伝達装置24から出力されるトルクの目標値である。目標出力軸トルク決定部82は、トランスミッション要求決定部84によって決定された要求牽引力Toutに基づいて、目標出力軸トルクTo_refを決定する。詳細には、要求牽引力Toutに所定の分配率を乗じることで、目標出力軸トルクTo_refを決定する。所定の分配率は、例えば、作業機要求馬力Hptoとトランスミッション要求馬力Htmとエネルギーマネジメント要求馬力Hemとの合計が、エンジン21からの出力馬力を超えないように設定される。
目標入力軸トルク決定部81は、目標入力軸トルクTe_refを決定する。目標入力軸トルクTe_refは、動力伝達装置24に入力されるトルクの目標値である。目標入力軸トルク決定部81は、トランスミッション要求馬力Htmとエネルギーマネジメント要求馬力Hemとに基づいて、目標入力軸トルクTe_refを決定する。詳細には、目標入力軸トルク決定部81は、トランスミッション要求馬力Htmに所定の分配率を乗じた値と、エネルギーマネジメント要求馬力Hemとを合算してエンジン回転速度Neを乗じることにより、目標入力軸トルクTe_refを算出する。なお、トランスミッション要求馬力Htmは、上述した要求牽引力Toutに現在の出力回転速度Noutを乗じることで算出される。
モータ指令決定部83は、目標入力軸トルクTe_refと目標出力軸トルクTo_refとから、トルクバランス情報により、モータMG1, MG2への指令トルクTm1_ref, Tm2_refを決定する。トルクバランス情報は、動力伝達装置24でのトルクの釣り合いを満たすように目標入力軸トルクTe_refと目標出力軸トルクTo_refとの関係を規定する。トルクバランス情報は、記憶部56に記憶されている。
上述したように、LoモードとHiモードとでは、動力伝達装置24における駆動力の伝達経路が異なる。このため、モータ指令決定部83は、LoモードとHiモードとでは、異なるトルクバランス情報を用いてモータMG1, MG2への指令トルクTm1_ref, Tm2_refを決定する。詳細には、モータ指令決定部83は、以下の数1に示す第1のトルクバランス情報を用いてLoモードでのモータMG1, MG2への指令トルクTm1_Low, Tm2_Lowを決定する。本実施形態において、第1のトルクバランス情報は、動力伝達装置24でのトルクの釣り合いの式である。
［数1］
Ts1_Low = Te_ref * r_fr
Tc1_Low = Ts1_Low * (-1) * ( (Zr1/Zs1) + 1 )
Tr2_Low = To_ref * (Zod/Zo)
Ts2_Low = Tr2_Low * (Zs2/Zr2)
Tcp1_Low = Tc1_Low + Ts2_Low
Tm1_Low = Tcp1_Low * (-1) * (Zp1/Zp1d)
Tr1_Low = Ts1_Low * (Zr1/Zs1)
Tm2_Low = Tr1_Low * (-1) * (Zp2/Zp2d)
また、モータ指令決定部83は、以下の数2に示す第2のトルクバランス情報を用いてHiモードでのモータMG1, MG2への指令トルクTm1_Hi, Tm2_ Hiを決定する。本実施形態において、第2のトルクバランス情報は、動力伝達装置24でのトルクの釣り合いの式である。
［数2］
Ts1_Hi = Te_ref * r_fr
Tc1_Hi = Ts1_Hi * (-1) * ( (Zr1/Zs1) + 1 )
Tr2_Hi = To_ref * (Zod/Zo)
Ts2_Hi = Tr2_Hi * (Zs2/Zr2)
Tcp1_Hi = Tc1_Hi + Ts2_Hi
Tm1_Hi = Tcp1_Hi * (-1) * (Zp1/Zp1d)
Tr1_Hi = Ts1_Hi * (Zr1/Zs1)
Tc2_Hi = Tr2_Hi * (-1) * ( (Zs2/Zr2) + 1 )
Tcp2_Hi = Tr1_Hi + Tc2_Hi
Tm2_Hi = Tcp2_Hi * (-1) * (Zp2/Zp2d)
ここで、各トルクバランス情報のパラメータの内容は以下の表1の通りである。
Figure 2015072483
 次に、制御部27によるエンジン21の制御について説明する。上述したように、制御部27は、指令信号を燃料噴射装置28に送ることでエンジン21を制御する。以下、燃料噴射装置28への指令スロットル値の決定方法について説明する。制御部27は、エンジン要求決定部87と、要求スロットル決定部89とを有する。
エンジン要求決定部87は、作業機要求馬力Hptoとトランスミッション要求馬力Htmとエネルギーマネジメント要求馬力Hemとに基づいて、エンジン要求馬力Hdmを決定する。詳細には、エンジン要求決定部87は、作業機要求馬力Hptoとトランスミッション要求馬力Htmとエネルギーマネジメント要求馬力Hemとを合算することにより、エンジン要求馬力Hdmを決定する。
要求スロットル決定部89は、エンジン要求馬力Hdmと、アクセル操作量Aacとから、指令スロットル値Th_cmを決定する。要求スロットル決定部89は、記憶部56に記憶されているエンジントルク線Letとマッチング線Lmaとを用いて指令スロットル値Th_cmを決定する。エンジントルク線Letは、エンジン21の出力トルクとエンジン回転速度Neとの関係を規定する。マッチング線Lmaは、エンジン要求馬力Hdmから第1要求スロットル値を決定するための情報である。
要求スロットル決定部89は、エンジン21の出力トルクがエンジン要求馬力Hdmに相当するトルクとなるマッチング点Pma1において、エンジントルク線Letとマッチング線Lmaとがマッチングするように、第1要求スロットル値を決定する。要求スロットル決定部89は、第1要求スロットル値と、アクセル操作量Aacに相当する第2要求スロットル値とのうち、小さい方を指令スロットル値Th_cmとして決定する。
上述したように、Loモードでは、第3モータMG3は、接続状態と切断状態とに切り換えられる。接続状態では、第3モータMG3は、第1モータMG1と第2モータMG2とのいずれかに接続される。切断状態では、第3モータMG3は、第1モータMG1と第2モータMG2とから切断されている。以下、第3モータMG3の接続／切断制御について説明する。
なお、以下の説明において、Tm1_refは、LoモードにおいてはTm1_Low、Hiモードにおいては、Tm1_Hiを意味するものとする。Tm2_refは、LoモードにおいてはTm2_Low、Hiモードにおいては、Tm2_Hiを意味するものとする。
また、以下の説明において、回転速度及びトルクの大小関係は、絶対値での大小関係を意味するものとする。例えば、作業車両1の前進方向への第1モータMG1の回転速度を正とすると、作業車両1の前進方向への第2モータMG2の回転速度は負となるが、第2モータMG2の回転速度の大小関係は、第2モータMG2の回転速度の絶対値での大小関係を意味する。
図6に示すように、制御部27は、接続判定部91と、モータ切換制御部92と、予測速度演算部93を有する。接続判定部91は、第3モータMG3による補助の要否を判定する。すなわち、接続判定部91は、第3モータMG3の切断状態から接続状態への切換と、第3モータMG3の接続状態から切断状態への切換を判定する。
まず、第3モータMG3を切断状態から接続状態に切り換えるときの処理について説明する。図7は、第3モータMG3を切断状態から接続状態に切り換えるときの処理を示すフローチャートである。
図7に示すように、ステップS101において、接続判定部91は、速度範囲として第1速が選択されているかを判定する（第1接続判定条件）。接続判定部91は、変速操作検出部53bからの検出信号によって、第1速が選択されているかを判定する。
ステップS102において、接続判定部91は、第1モータMG1の出力トルクと第2モータMG2の出力トルクとから得られる動力伝達装置24の牽引力が要求牽引力に不足しているかを判定する（第2接続判定条件）。つまり、ステップS102では、第3モータMG3の補助なしで得られる牽引力が要求牽引力に不足しているかを判定する。
図8は、第2接続判定条件の判定方法を示すフローチャートである。図8に示すように、ステップS201において、接続判定部91は、第1モータMG1への指令トルクTm1_refとモータ出力制限値Tm1_limitとを比較し、小さい方の値をTm1’として決定する。なお、図面において「Min」は、入力される数値のうち最小値を選択することを意味している。すなわち、Tm1_refがモータ出力制限値Tm1_limitを越えている場合には、モータ出力制限値Tm1_limitをTm1’の上限値とする。
ステップS202において、接続判定部91は、第2モータMG2への指令トルクTm2_refとモータ出力制限値Tm2_limitとを比較し、小さい方の値をTm2’として決定する。モータ出力制限値Tm1_limit, Tm2_limitは、例えば、各モータMG1,MG2の最大トルクである。或いは、モータ出力制限値Tm1_limit, Tm2_limitは、各モータMG1,MG2の回転速度に応じて定められる上限トルクであってもよい。
ステップS203において、接続判定部91は、Tm1’及びTm2’から、上述したトルクバランス情報により、逆算した目標入力軸トルクTe’と目標出力軸トルクTo’とを決定する。そして、ステップS204において、接続判定部91は、目標出力軸トルクTo_refと、逆算した目標出力軸トルクTo’とを比較し、To_refに対するTo’の割合r1が所定のしきい値Rth未満であるか否かを判定する。
割合r1が所定の閾値Rth未満であるときには、ステップS205において、接続判定部91は、第3モータMG3の補助が無ければ牽引力が不足すると判定する。すなわち、接続判定部91は、第2接続判定条件が満たされていると判定する。割合r1が所定の閾値Rth以上であるときには、ステップS206において、接続判定部91は、第3モータMG3の補助が無くても牽引力が足りると判定する。すなわち、接続判定部91は、第2接続判定条件が満たされていないと判定する。
閾値Rthは100％である。すなわち、To’がTo_ref未満となったときに、接続判定部91は、第2接続判定条件が満たされていると判定する。ただし、閾値Rthは100％より小さな値であってもよい。この場合、閾値Rthが100%のときと比較して牽引力が要求牽引力より小さくなってから接続判定が満たされるため、牽引力の発生が遅れることになるが、接続判定と後述の切断判定の間にヒステリシスが設けられるので、接続判定と切断判定のハンチングを抑制することができる。
図7に示すように、ステップS101の第1接続判定条件とステップS102の第2接続判定条件のいずれかが満たされているときには、ステップS103において、モータ切換制御部92が、第3モータMG3を接続状態とする。ここでは、モータ切換制御部92は、第3モータMG3を第1モータMG1と第2モータMG2とのうち回転速度の小さい方に接続する。なお、以下の説明では第3モータMG3を第1モータMG1に接続する場合の処理を示す。
ステップS101の第1接続判定条件とステップS102の第2接続判定条件のどちらも満たされてないときには、ステップS104において、モータ切換制御部92は、第3モータMG3を切断状態に維持する。第3モータMG3が切断状態であるときには、モータ指令決定部83は、第3モータMG3への回転速度の指令値を所定の第1待機指令値にする（以下、この状態を「待機状態」と呼ぶ）。本実施形態において所定の第1待機指令値はゼロである。ただし、所定の第1待機指令値としてゼロ以外の微小値が設定されてもよい。この微小値は、第3モータMG3をゼロ回転で待機させるとき、ある回転からゼロ回転になるのを助けるトルクであることが好ましい。例えば、微小値は、クラッチ切断状態においても伝達されてしまう連れ回りトルクを相殺し、第3モータが回転するのを防ぐためのトルクである。
モータ切換制御部92が第3モータMG3を切断状態から接続状態に切り換えるときには、モータ指令決定部83は、第3モータMG3の同期を行う。ここでは、モータ指令決定部83は、第3モータMG3の回転速度を、第1モータMG1及び第2モータのうち第3モータMG3を接続するモータの回転速度と同期させるように、第3モータMG3への指令値を決定する。すなわち、モータ指令決定部83は、第3モータMG3の回転速度が第1モータMG1の回転速度に近づくように、第3モータMG3への指令トルクを決定する。以下、第3モータMG3を切断状態から第1モータMG1に接続するときの同期制御について説明する。
図9は、第3モータMG3の同期制御の処理を示すフローチャートである。図9に示すように、ステップS301において、予測速度演算部93は、第1モータMG1の回転速度を検出する。ステップS302において、予測速度演算部93は、第3モータMG3の回転速度を検出する。ここでは、予測速度演算部93は、インバータI1, I3からの信号に基づいて各モータMG1, MG3の回転速度を検出する。
ステップS303において、予測速度演算部93は、第1予測回転速度を演算する。第1予測回転速度は、現時点から所定の第1予測時間の経過後の第1モータMG1の第1回転速度の予測値である。第1回転速度は、第1モータMG1の回転速度の第3モータMG3の回転軸相当の回転速度である。なお、後述する第2回転速度は、第2モータMG2の回転速度の第3モータMG3の回転軸相当での回転速度である。第3モータMG3の回転軸相当の回転速度とは、第1モータMG1或いは第2モータMG2の回転速度を、第3モータMG3の回転軸での回転速度に置き換えた回転速度を意味する。
図10は、同期制御における第1回転速度と、第1予測回転速度と、第3モータMG3の回転速度との変化を示している。予測速度演算部93は、所定時間ごとに第1モータMG1の回転速度を記録し、記録した回転速度から回転速度の変化率を求める。図10において実線Lb_m1は、記録した第1モータMG1の回転速度から求めた第1回転速度の変化率を示している。破線Lb_m1’は、第1予測回転速度の変化を示している。予測速度演算部93は、第1回転速度の変化率から第1予測時間Tth1の経過後の回転速度を算出することで、第1予測回転速度を決定する。すなわち、記録した第1モータMG1の回転速度のうち直近の複数の記録値を第1回転速度の変化率として求め、この変化率が第1予測時間Tth1の間、継続するものとして、第1予測回転速度を算出する。なお、変化率の平均を用いる場合には、時系列で重みづけを加えたり、或いは、変化率の変化分が継続すると見なしたりして、変化率を算出してもよい。図10において実線Lb_m3は、第3モータMG3の回転速度の変化を示している。
また、図10は、第1モータクラッチCm1の接続（ON）状態と切断（OFF）状態とを示している。図10において、実線Lb_cm1は、第1モータクラッチCm1への指令信号の変化を示している。破線Lb_cm1’は、第1モータクラッチCm1の実際の油圧の変化を示している。
図9に示すように、ステップS304において、接続判定部91は、第1予測回転速度と第3モータMG3の回転速度との差d1が所定の切換閾値Dth以下であるか否かを判定する。第1予測回転速度と第3モータMG3の回転速度との差d1が所定の切換閾値Dth以下になると、ステップS305において、モータ切換制御部92は、第1モータクラッチCm1の接続を開始する。すなわち、モータ切換制御部92は、第1モータクラッチCm1を接続させるように、クラッチ制御弁38に指令信号を出力する。
第1モータクラッチCm1の接続が開始されると、ステップS306において、タイマーTm1のカウントが開始される。また、ステップS307において、モータ指令決定部83は、第3モータMG3への指令トルクを所定の待機指令値にする。
ステップS308において、接続判定部91は、第1モータクラッチCm1の接続開始時点から所定の第2予測時間Tth2が経過したか否かを判定する。第1モータクラッチCm1の接続開始時点から所定の第2予測時間Tth2が経過していないときには、モータ指令決定部83は、第3モータMG3への指令トルクを所定の待機指令値に維持する。すなわち、第1モータクラッチCm1の接続開始時点から所定の第2予測時間Tth2が経過するまで、モータ指令決定部83は、第3モータMG3への指令トルクを所定の待機指令値にする。
本実施形態において待機指令値は、ゼロであるが、ゼロ以外の値であってもよい。また、第2予測時間Tth2と上述した第1予測時間Tth1とは、例えば、第1モータクラッチCm1の接続開始時点から接続が完了するまでの推定時間である。或いは、第2予測時間Tth2と第1予測時間Tth1とは、第1モータMG1および第3モータMG3の回転速度の検出信号および第1モータMG1および第3モータMG3への指令信号の伝達の遅れ時間を考慮した時間であってもよい。第2予測時間Tth2と第1予測時間Tth1とは必ずしも同じ値でなくてもよい。例えば、第2予測時間Tth2が第1予測時間Tth1より長くてもよい。
第1モータクラッチCm1の接続開始時点から第2予測時間Tth2が経過すると、ステップS309において、モータ指令決定部83は、第1モータMG1と第3モータMG3とへの指令トルクを決定する。すなわち、第3モータMG3の第1モータMG1への接続が完了したと判定して、第3モータMG3へのトルク分配を行う。ここでのトルク分配の方法については後述する。
なお、第3モータMG3を待機状態から接続状態に切り換える場合、第3モータMG3の回転速度および第3モータMG3の接続先のモータの回転速度が0であるときには、上述した同期制御は行われない。例えば、LoモードとHiモードとの切換点（閾値RSth1）では、第2モータMG2の回転速度は0である。このため、LoモードとHiモードとの切換点において、第3モータMG3を回転速度0の待機状態から第2モータMG2に接続するときには、同期制御は行われない。
次に、第3モータMG3を接続状態から切断状態に切り換えるときの処理について説明する。図11は、第3モータMG3を接続状態から切断状態に切り換えるときの処理を示すフローチャートである。
ステップS401において、接続判定部91は、第1速以外の速度範囲が選択されているかを判定する（第1切断判定条件）。ここでは、接続判定部91は、変速操作検出部53bからの検出信号によって、第1速以外の速度範囲が選択されているかを判定する。
ステップS402において、接続判定部91は、第1モータMG1の出力トルクと第2モータの出力トルクとから得られる動力伝達装置の牽引力が要求牽引力に足りるかを判定する（第2切断判定条件）。ここでは、接続判定部91は、上述した図8に示す第2接続判定条件と同様の方法で、第2切断判定条件を判定する。ただし、第2切断判定条件でのRthは、接続判定条件でのRthと異なってもよい。切断判定条件のRthは100%が好ましい。切断判定条件のRthを100%とすることで、切断時の牽引力の低下を防止できる。
ステップS401の第1切断判定条件とステップS402の第2切断判定条件とが満たされているときには、ステップS403において、モータ切換制御部92は、第3モータMG3を切断状態とする。第3モータMG3が切断状態であるときには、モータ指令決定部83は、第3モータMG3を待機状態とする。
ステップS404において、接続判定部91は、第3モータMG3の回転速度RS3が所定の上限値RS3_limitより大きいかを判定する（第3切断判定条件）。第3モータMG3の回転速度が所定の上限値RS3_limitより大きいときには、ステップS403において、モータ切換制御部92は、第3モータMG3を切断状態とする。すなわち、ステップS401の第1切断判定条件とステップS402の第2切断判定条件とが満たされているか、又は、ステップS405の第3切断判定条件が満たされているときには、モータ切換制御部92は、第3モータMG3を切断状態とする。
ステップS401の第1切断判定条件とステップS402の第2切断判定条件とのいずれかが満たされておらず、且つ、ステップS405の第3切断判定条件が満たされていないときには、ステップS405において、モータ切換制御部92は、第3モータMG3を接続状態に維持する。
なお、図12に示すように、上述した接続判定条件が満たされていても、第1モータMG1への接続後の第3モータMG3の第1回転速度が所定の上限回転速度RS3_limit’を超えている場合には、第2の待機モードにて第3モータMG3を待機状態としてもよい。第2の待機モードでは、第3モータMG3の回転速度の指令値を第2待機指令値として、第3モータMG3を待機状態とする。
なお、第2待機指令値は、所定の上限回転速度RS3_limit’以下である。第2待機指令値は、上述した第1待機指令値より大きい。所定の上限回転速度RS3_limit’は、上述した第3切断判定条件の所定の上限値RS3_limit以下であることが好ましい。より好ましくは、所定の上限回転速度RS3_limit’は、所定の上限値RS3_limitより小さい。
また、第3モータMG3が接続中に、第1回転速度が所定の上限値RS3_limitを超えることで、第3モータMG3が切断状態に切り換えられた場合にも、接続判定条件が引き続き満たされている場合には、第3モータMG3の回転速度の指令値を第2待機指令値として、第3モータMG3を第2の待機モードにて待機状態とする。
言い換えれば、第3モータMG3が切断状態で、駆動力伝達経路がLoモードであり、且つ、速度範囲として第1速が選択されているときには、第3モータMG3を第2の待機モードで待機させる。これにより、掘削時など第１回転速度が高回転速度から低下してくるときに、より迅速に第3モータMG3を接続でき、速やかに要求牽引力を発生させることができる。
なお、図12に示すように、上述した第3モータMG3を第2の待機モードで待機させる条件が満たされていても、LoモードとHiモードとの切換の閾値RSth1に対する速度比の割合が、所定の割合以上となったときには、第1の待機モードにて第3モータMG3を待機状態としてもよい。第1の待機モードでは、第3モータMG3の回転速度の指令値が第1待機指令値に設定される。つまり、Loモードで速度比がLoモードとHiモードとの切換の閾値RSth1に近づき、そして、速度比が閾値RSth1に対して所定の割合以上になると、第3モータMG3が第2の待機モードから第1の待機モードに切り換えられる。これにより、第3モータMGへの回転速度の指令値が第2待機指令値から第1待機指令値に変更される。これにより、LoモードからHiモードへの切換に備えて、第3モータMG3を第1待機指令値で待機させることができる。
なお、図12に示すように、第1の待機モードと第2の待機モードとの切換にヒステリシスが設けられてもよい。これにより、第3モータMG3の待機状態での回転速度が頻繁に変更されることで、第3モータMG3及び第3インバータI3への負担が増大することを抑えることができる。或いは、ヒステリシスを設ける代わりに、第1の待機モードと第2の待機モードとの間に、回転速度比に応じて、第3モータMG3の待機状態での回転速度を徐々に変化させる遷移領域が設けられてもよい。
以上、第3モータMG3と第1モータMG1との間の接続及び切断の制御について説明したが、第3モータMG3と第2モータMG2との間の接続及び切断の制御についても、上記と同様である。
Hiモードでは、第3モータMG3は、常に第1モータMG1と第2モータMG2とのどちらかに接続されている。この場合、第3モータMG3の接続先が第1モータMG1と第2モータMG2との間で切り換えられる。以下、第3モータMG3の接続先の切換制御について説明する。
図6に示すように、制御部27は、切換判定部94を有する。切換判定部94は、第3モータMG3の接続先のモータの切換を判定する。切換判定部94は、第1モータMG1と第2モータMG2とのうち回転速度の小さい方に第3モータMG3を接続する。詳細には、第1回転速度が第2回転速度よりも小さいときには、切換判定部94は、第3モータMG3を第1モータMG1に接続する。第2回転速度が第1回転速度よりも小さいときには、切換判定部94は、第3モータMG3を第2モータMG2に接続する。
図13は、第3モータMG3の接続先を第2モータMG2から第1モータMG1に切り換えるときの処理を示すフローチャートである。図13に示すように、ステップS501において、予測速度演算部93は、第1モータMG1の回転速度を検出する。ステップS502において、予測速度演算部93は、第2モータMG2の回転速度を検出する。ここでは、予測速度演算部93は、インバータI1, I2からの信号に基づいて各モータMG1, MG2の回転速度を検出する。なお、各モータMG1, MG2の回転速度を検出するセンサからの信号によって、モータMG1, MG2の回転速度が検出されてもよい。
ステップS503において、予測速度演算部93は、第1予測回転速度RS_m1’を演算する。ステップS504において、予測速度演算部93は、第2予測回転速度RS_m2’を演算する。第1予測回転速度RS_m1’は、現時点から所定の第1予測時間Tth1の経過後の第1モータMG1の回転速度の予測値である。第2予測回転速度RS_m2’は、現時点から所定の第1予測時間Tth1の経過後の第2モータMG2の回転速度の予測値である。ここで、予測速度演算部93は、上述した同期制御のステップS303と同様の方法で、第1予測回転速度RS_m1’と第2予測回転速度RS_m2’とを演算する。
図14は、切換制御における第1回転速度と第2回転速度との変化を示している。図14において実線Lc_m1は、記録した回転速度から求めた第1回転速度の変化率を示している。破線Lc_m1’は、第1予測回転速度RS_m1’の変化を示している。実線Lc_m2は、記録した回転速度から求めた第2回転速度の変化率を示している。破線Lc_m2’は、第2予測回転速度RS_m2’の変化を示している。
また、図14は、第1モータクラッチCm1と第2モータクラッチCm2との接続（ON）状態と切断（OFF）状態とを示している。図10において、実線Lc_cm1は、第1モータクラッチCm1への指令信号の変化を示している。破線Lc_cm1’は、第1モータクラッチCm1の実際の油圧の変化を示している。実線Lc_cm2は、第2モータクラッチCm2への指令信号の変化を示している。破線Lc_cm2’は、第2モータクラッチCm2の実際の油圧の変化を示している。
図13に示すステップS505において、切換判定部94は、第1予測回転速度RS_m1’が、第2予測回転速度RS_m2’よりも大きい値から第2予測回転速度RS_m2’まで減少したか否かを判定する。図14において、破線Lc_m1’と破線Lc_m2’とが交差したとき、第2予測回転速度RS_m2’よりも大きい値から第2予測回転速度RS_m2’まで減少したと判定される。
第1予測回転速度RS_m1’が、第2予測回転速度RS_m2’よりも大きい値から第2予測回転速度RS_m2’まで減少したときには、ステップS506において、モータ切換制御部92は、第3モータMG3の接続先を第2モータMG2から第1モータMG1に切り換えるようにモータ切換機構73を制御する。すなわち、モータ切換制御部92は、第1モータクラッチCm1を接続し、第2モータクラッチCm2を切断する。
第1モータクラッチCm1の接続が開始されると、ステップS507において、タイマーTm2のカウントが開始される。また、ステップS508において、モータ指令決定部83は、第3モータMG3への指令トルクを所定の待機指令値にする。これにより、第3モータMG3が待機状態とされる。すなわち。第1モータクラッチCm1の接続及び第2モータクラッチCm2の切断が開始された時点で第3モータMG3が待機状態とされる。なお、第1モータクラッチCm1の接続及び第2モータクラッチCm2の切断が開始された時点と同時に限らず、その後、速やかに第3モータMG3が待機状態に切り換えられてもよい。
次に、ステップS509において、切換判定部94は、第1モータクラッチCm1の接続開始時点から所定の第2予測時間Tth2が経過したか否かを判定する。第1モータクラッチCm1の接続開始時点から所定の第2予測時間Tth2が経過していないときには、モータ指令決定部83は、第3モータMG3への指令トルクを所定の待機指令値に維持する。すなわち、第1モータクラッチCm1の接続開始時点から所定の第2予測時間Tth2が経過するまで、モータ指令決定部83は、第3モータMG3への指令トルクを所定の待機指令値にする。
第1モータクラッチCm1の接続開始時点から第2予測時間Tth2が経過すると、ステップS510において、モータ指令決定部83は、第1モータMG1と第3モータMG3とへの指令トルクを決定する。すなわち、第3モータMG3の第1モータMG1への接続が完了したと判定して、第3モータMG3へのトルク分配を行う。ここでのトルク分配の方法については後述する。
以上、第3モータMG3の接続先を第2モータMG2から第1モータMG1に切り換える場合の制御について説明したが、第3モータMG3の接続先を第1モータMG1から第2モータMG2に切り換える場合の制御についても、上記と同様である。すなわち、モータ切換制御部92は、第2予測回転速度RS_m2’が、第1予測回転速度RS_m1’よりも大きい値から第1予測回転速度RS_m1’まで減少したときに、第3モータMG3の接続先を第1モータMG1から第2モータMG2に切り換えるようにモータ切換機構73を制御する。第2予測回転速度が第1予測回転速度に達した時点から所定の第3予測時間が経過するまでの間、モータ指令決定部83は、第3モータMG3への指令トルクを所定の待機指令値にする。本実施形態において、第3予測時間は、第2予測時間と同じ値であるが、異なる値であってもよい。
次に、第3モータMG3へのトルク分配の処理について説明する。
第3モータMG3が第1モータMG1に接続されているとき、モータ指令決定部83は、上述したTm1_refを第3モータMG3及び第1モータMG1への要求トルクとして、その一部を第3モータMG3に分配する。第3モータMG3が第2モータMG2に接続されているとき、モータ指令決定部83は、上述したTm2_refを第3モータMG3及び第2モータMG2への要求トルクとして、その一部を第3モータMG3に分配する。以下、第3モータMG3が第1モータMG1に接続されており、Tm1_refを第1モータMG1と第3モータMG3とに分配する場合の処理について説明する。
図15は、要求トルクに対する各モータへの指令トルクを示す図である。図15において、実線Ld_m1は、要求トルクに対する第1モータMG1への指令トルクを示す。破線Ld_m3は、要求トルクに対する第3モータMG3への指令トルクを示す。図15に示すように、モータ指令決定部83は、第3モータMG3への指令トルクが第1モータMG1への指令トルクと同じになるように、第1モータMG1及び第3モータMG3への指令トルクを決定する。なお、図15においては、理解の容易のため実線Ld_m1と破線Ld_m3とを少し離して表示しているが、正確には実線Ld_m1と破線Ld_m3とは一致している。
この場合、第1モータMG1への指令トルクTm1及び第3モータMG3への指令トルクTm3は、以下の数3式のように示される。
［数3］
Tm1= Tm3= Tm1_ref / (1+r)
なお、rは、第1モータMG1に対する第3モータMG3の増速比である。すなわち、第3モータMG3の回転速度は、第1モータMG1の回転速度のr倍である。また、第3モータMG3のトルクは、r倍になって第1モータMG1の回転軸に伝達される。なお、r > 1であれば第3モータMG3のトルクはr倍になって第1モータMG1を補助することになり、さらにモータを小型化することができる。
以上、Tm1_refを第1モータMG1と第3モータMG3とに分配する場合の処理について説明したが、Tm2_refを第2モータMG2と第3モータMG3とに分配する場合の処理も上記と同様である。
図16は、本実施形態における回転速度比に対する第1モータMG1と第2モータMG2と第3モータMG3との回転速度の変化を示す図である。図16においては、図4と同様に、一点差線La_m1は第1モータMG1の回転速度、一点差線La_m2は第2モータMG2の回転速度を示している。実線La_m3は、第3モータMG3の回転速度を示している。なお、Loモードにおいて、第3モータMG3は第1モータMG1のみに接続され、第2モータGm2の回転速度が第1モータMG1の回転速度より小さいときにおいても、第2モータGm2には接続されず、切断状態にされるものとする。
また、図16は、上述したトルク分配が行われる場合の、各モータMG1,MG2,MG3への指令トルクの変化を示す。図16において、一点差線Le_m1は第1モータMG1への指令トルク、一点差線Le_m2は第2モータMG2への指令トルクを示している。実線Le_m3は、第3モータMG3への指令トルクを示している。また、図16は、第1モータクラッチCm1と第2モータクラッチCm2との接続(ON)状態と切断（OFF）状態の変化を示している。図16においては、図4と同様に、実線La_cm1は、第1モータクラッチCm1への指令信号の変化を示している。実線La_cm2は、第2モータクラッチCm2への指令信号の変化を示している。
図17は、比較例における回転速度比に対する第1モータMG1と第2モータMG2との回転速度の変化を示す図である。比較例では、第3モータMG3による補助が行われないものとする。図17においては、一点差線La_m1’は比較例での第1モータMG1の回転速度、一点差線La_m2’は比較例での第2モータMG2の回転速度を示している。また、図17は、比較例での各モータMG1,MG2への指令トルクの変化を示す。図17においては、一点差線Le_m1’は第1モータMG1への指令トルク、一点差線Le_m2’は第2モータMG2への指令トルクを示している。
図17に示すように、モータの回転速度が小さいときには、モータのトルクは大きくなる。このため、図17に示すように、比較例では、第1モータMG1の回転速度が0に近い小さな値であるときには（領域A）、第1モータMG1への指令トルクは、限界トルクTlim1を越えている。また、第2モータMG2の回転速度が0に近い小さな値であるときには（領域B）、第2モータMG2への指令トルクは、限界トルクTlim2を越えている。
これに対して、図16に示すように、本実施形態では、Loモードにおいて、第1モータMG1の回転速度が第2モータMG2の回転速度より小さいときには（領域A1）、第3モータMG3は第1モータMG1に接続され、要求トルクが第1モータMG1と第3モータMG3とに均等に分配される。これにより、第1モータMG1への指令トルク及び第3モータMG3への指令トルクは、限界トルクTlim1を越えないように設定される。
なお、Loモードでは、第2モータMG2の回転速度が第1モータMG1の回転速度より小さくても（領域A2）、第3モータMG3は第2モータMG2に接続されず、待機状態とされる。ただし、この場合でも、第2モータMG2への要求トルクは限界トルクTlim2を越えないため、第2モータMG2への指令トルクは限界トルクTlim2を越えない。
Hiモードにおいて、第2モータMG2の回転速度が第1モータMG1の回転速度より小さいときには（領域B1）、第3モータMG3は第2モータMG2に接続され、要求トルクが第2モータMG2と第3モータMG3とに均等に分配される。これにより、第2モータMG2への指令トルク及び第3モータMG3への指令トルクは、限界トルクTlim2を越えないように設定される。
また、Hiモードにおいて、第1モータMG1の回転速度が第2モータMG2の回転速度より小さいときには（領域B2）、第3モータMG3は第1モータMG1に接続され、要求トルクが第1モータMG1と第3モータMG3とに均等に分配される。これにより、第1モータMG1への指令トルク及び第3モータMG3への指令トルクは、限界トルクTlim1を越えないように設定される。
本実施形態に係る作業車両は以下の特徴を有する。
第3モータMG3による補助が不要であるときには、第3モータMG3が第1モータMG1と第2モータMG2との何れに対しても切断された切断状態とされる。これにより、第3モータMG3での損失の発生を抑えることができ、動力伝達装置24での動力伝達効率を向上させることができる。
第3モータMG3が切断状態であるときには、モータ指令決定部83は、第3モータMG3への回転速度の指令値を所定の待機指令値にする。これにより、第3モータMG3での損失の発生をさらに抑えることができる。なお、第3モータMG3が切断状態であるときに、第3モータMG3への回転速度ではなくトルクの指令値が所定の待機指令値にされてもよい。
第3モータMG3を切断状態から第1接続状態に切り換えるときには、モータ指令決定部83は、第3モータMG3の回転速度を第1モータMG1の回転速度と同期させるように、第3モータMG3への指令値を決定する。このため、第3モータMG3と第1モータMG1との接続を円滑に行うことができる。また、第3モータMG3を切断状態から第2接続状態に切り換えるときには、モータ指令決定部83は、第3モータMG3の回転速度を第2モータMG2の回転速度と同期させるように、第3モータMG3への指令値を決定する。これにより、接続時のショックの発生を抑えることができる。
第3モータMG3の接続先を第2モータMG2から第1モータMG1に切り換える場合、第1予測回転速度と第3モータMG3の回転速度との差が所定の切換閾値以下になったときに、モータ切換制御部92は、第1モータクラッチCm1の接続を開始する。また、モータ切換制御部92は、第2モータクラッチCm2を切断する。このため、第1モータクラッチCm1の接続に要する時間を考慮して、第1回転速度が、第3モータMG3の回転速度と近似しているタイミングで、第3モータMG3を切断状態から第1接続状態に切り換えることができる。同様に、第3モータMG3の接続先を第1モータMG1から第2モータMG2に切り換える場合、第2予測回転速度と第3モータMG3の回転速度との差が所定の切換閾値以下になったときに、モータ切換制御部92は、第2モータクラッチCm2の接続を開始する。また、モータ切換制御部92は、第1モータクラッチCm1を切断する。このため、第2モータクラッチCm2の接続に要する時間を考慮して、第2回転速度が、第3モータMG3の回転速度と近似しているタイミングで、第3モータMG3を切断状態から第2接続状態に切り換えることができる。これにより、接続時のショックの発生を抑えることができる。なお、各モータクラッチCm1,Cm2の接続と切断の順序はどちらが先でもよく、同時でもよい。
第1モータクラッチCm1又は第2モータクラッチCm2の接続開始時点から所定の第2予測時間が経過するまで、モータ指令決定部83は、第3モータMG3への指令トルクを所定の待機指令値にする。このため、第1モータクラッチCm1又は第2モータクラッチCm2の接続が完了するまでの間、第3モータMG3への指令トルクは所定の待機指令値となる。このため、クラッチ接続時のトルク伝達によって第3モータMG3の回転速度が変動したときに、回転速度を戻そうとして第3モータMG3が不要なトルクを出力することを予防することができる。これにより、クラッチ接続時のショックの発生をさらに抑えることができる。
第3モータMG3を第1モータMG1に接続する場合には、第1モータクラッチCm1の接続開始時点から第2予測時間が経過したときに、モータ指令決定部83は、要求指令トルクに基づいて第1モータMG1と第3モータMG3とへの指令トルクを決定する。このため、第1モータクラッチCm1の接続の完了時点に近似したタイミングで、第3モータMG3による補助を開始することができる。また、第3モータMG3を第2モータMG2に接続する場合には、第2モータクラッチCm2の接続開始時点から第2予測時間が経過したときに、モータ指令決定部83は、要求指令トルクに基づいて第2モータMG2と第3モータMG3とへの指令トルクを決定する。このため、第2モータクラッチCm2の接続の完了時点に近似したタイミングで、第3モータMG3による補助を開始することができる。
第3モータMG3による補助が必要であるかを判定するための第1接続判定条件は、変速操作部材53aによって第1速の速度範囲が選択されていることである。このため、オペレータが大きなトルクを必要として、第1速の速度範囲を選択しているときに、第3モータMG3が接続状態とされる。これにより、第3モータMG3が第1モータMG1又は第2モータMG2を補助することで、大きなトルクを得ることができる。
第3モータMG3による補助が必要であるかを判定するための第2接続判定条件は、第1モータMG1の出力トルクと第2モータMG2の出力トルクとから得られる動力伝達装置24の牽引力が要求牽引力に不足しているかである。このため、要求牽引力を得るためには第3モータMG3の補助が必要な場合に、第3モータMG3が接続状態とされる。これにより、第3モータMG3が第1モータMG1又は第2モータMG2を補助することで、要求牽引力を得ることができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
本発明は、EMTに限らずHMTなどの他の種類の変速装置に適用されてもよい。この場合、第1モータMG1と第2モータMG2と第3モータMG3とは、油圧モータ及び油圧ポンプとして機能する。第1モータMG1と第2モータMG2と第3モータMG3とは、可変容量型のポンプ／モータであり、制御部27によって容量が制御される。
動力伝達装置24の構成は上記の実施形態の構成に限られない。例えば、2つの遊星歯車機構68, 69の各要素の連結、配置は、上記の実施形態の連結、配置に限定されるものではない。遊星歯車機構の数は2つに限らない。例えば、動力伝達装置24は1つの遊星歯車機構を備えてもよい。
上記の実施形態では、第1予測回転速度と第2予測回転速度とによって第3モータMG3の接続先の切換が判定されているが、第1回転速度と第2回転速度とによって第3モータMG3の接続先の切換が判定されもよい。
Loモードにおいて、第3モータMG3が第2モータMG2に接続されてもよい。Loモードにおいて、第3モータMG3が、常に第1モータMG1と第2モータMG2とのいずれかに接続されてもよい。
上記の実施形態では、接続判定部91及び切換判定部94は、第2予測時間Tth2によって、第1モータクラッチCm1又は第2モータクラッチCm2の接続完了のタイミングを推定しているが、図18に示すクラッチ充填検出部39からの検出信号によって第1モータクラッチCm1又は第2モータクラッチCm2の接続完了を判定してもよい。クラッチ充填検出部39は、クラッチ制御弁38から吐出された作動油の第1モータクラッチCm1と第2モータクラッチCm2への充填の完了を検知する。クラッチ充填検出部39は、例えば各モータクラッチCm1, Cm2に設けられたクラッチ板の動作に反応するスイッチである。あるいは、クラッチ充填検出部39は、各モータクラッチCm1, Cm2の油圧を検出する圧力スイッチまたは圧力センサであってもよい。
この場合、第1モータクラッチCm1又は第2モータクラッチCm2の接続開始時点からクラッチ充填検出部39が充填の完了を検知するまで、モータ指令決定部83は、第3モータMG3への指令トルクを所定の待機指令値にする。また、第1モータクラッチCm1又は第2モータクラッチCm2の接続開始後、クラッチ充填検出部39が充填の完了を検知したときに、モータ指令決定部83は、要求指令トルクに基づいて第1モータMG1又は第2モータMG2と、第3モータMG3とへの指令トルクを決定する。
上記の実施形態では、第3モータMG3へのトルク分配において、第3モータMG3への指令トルクが、第3モータMG3の接続先のモータ、例えば第1モータMG1への指令トルクと同じになるように設定されている。しかし、モータ指令決定部83は、第3モータMG3への指令トルクが第1モータMG1への指令トルク以下になるように、第1モータMG1及び第3モータMG3への指令トルクを決定すればよく、第3モータMG3へのトルク分配は上記の実施形態の方法に限られない。
例えば、図19は、第1変形例に係る第3モータMG3へのトルク分配を示す図である。図19は、第3モータMG3が第1モータMG1に接続されている場合において、要求トルクに対する第1モータMG1への指令トルクと第3モータMG3への指令トルクとを示す。図19において、破線Lf_m1は、要求トルクに対する第1モータMG1への指令トルクを示す。実線Lf_m3は、要求トルクに対する第3モータMG3への指令トルクを示す。
図19に示すように、要求トルクが所定の限界トルクTlim1以下であるときには、モータ指令決定部83は、要求トルクを第1モータMG1の指令トルクとして決定し、且つ、第3モータMG3の指令トルクを所定の待機指令値（本変形例ではゼロ）にする。要求トルクが所定の限界トルクTlim1より大きいときには、限界トルクTlim1を第1モータMG1の指令トルクとして決定し、且つ、要求トルクと限界トルクTlim1との差を第3モータMG3の指令トルクとして決定する。この場合、第1モータMG1への指令トルクTm1及び第3モータMG3への指令トルクTm3は、以下の数4式のように示される。
［数4］
Tm1_ref≦Tlim1のとき、
Tm1=Tm1_ref
Tm3=0
Tm1_ref>Tlim1のとき、
Tm1=Tlim1
Tm3=(Tm1_ref-Tlim1) / r
第1変形例に係る第3モータMG3へのトルク分配方法では、要求トルクが所定の限界トルクTlim1より大きいときには、第3モータMG3によって第1モータMG1を補助することができる。また、要求トルクが所定の限界トルクTlim1以下であるときには、第3モータMG3の指令トルクが所定の待機指令値であるので、第3モータMG3の接続の切換が行われても、ショックの発生を抑えることができる。なお、第3モータMG3が第2モータMG2に接続されている場合には、上記の第1モータMG1への指令トルクと同様にして、第2モータMG2への指令トルクが決定される。
図20は、第2変形例に係る第3モータMG3へのトルク分配を示す図である。図20は、第3モータMG3が第1モータMG1に接続されている場合において、要求トルクに対する第1モータMG1への指令トルクと第3モータMG3への指令トルクとを示す。図20において、破線Lg_m1は、要求トルクに対する第1モータMG1への指令トルクを示す。実線Lg_m3は、要求トルクに対する第3モータMG3への指令トルクを示す。
図20に示すように、要求トルクが所定のトルク閾値Tqth1以下であるときには、モータ指令決定部83は、要求トルクを第1モータMG1の指令トルクとして決定し、且つ、第3モータMG3の指令トルクを所定の待機指令値（本変形例ではゼロ）にする。要求トルクが所定のトルク閾値Tqth1より大きく、第3モータMG3の指令トルクがトルク閾値Tqth1以下であるときには、トルク閾値Tqth1を第1モータMG1の指令トルクとして決定し、且つ、要求トルクとトルク閾値Tqth1との差を第3モータMG3の指令トルクとして決定する。要求トルクが所定のトルク閾値Tqth1より大きく、第3モータMG3の指令トルクがトルク閾値Tqth1よりも大きいときには、第1モータMG1の指令トルクと第3モータMG3の指令トルクとが同じになるように、第1モータMG1及び第3モータMG3への指令トルクを決定する。この場合、第1モータMG1への指令トルクTm1及び第3モータMG3への指令トルクTm3は、以下の数5式のように示される。
［数5］
Tm1_ref≦Tlim1のとき、
Tm1=Tm1_ref
Tm3=0
Tlim1<Tm1_ref≦Tlim1*(1+r)のとき
Tm1=Tlim1
Tm3=(Tm1_ref-Tlim1) / r
Tlim1*(1+r)<Tm1_refのとき、
Tm1=Tm3=Tm1_ref / (1+r)
第2変形例に係る第3モータMG3へのトルク分配方法では、要求トルクが所定のトルク閾値Tqth1以下であるときには、第3モータMG3の指令トルクが所定の待機指令値であるので、第3モータMG3の接続の切換が行われても、ショックの発生を抑えることができる。また、要求トルクが所定のトルク閾値Tqth1より大きく、第3モータMG3の指令トルクがトルク閾値Tqth1以下であるときには、第3モータMG3によって第1モータMG1を補助することができる。さらに、要求トルクが所定のトルク閾値Tqth1より大きく、第3モータMG3の指令トルクがトルク閾値Tqth1よりも大きいときには、第3モータMG3が第1モータMG1と同じ大きさのトルクを出力するため、第3モータMG3によって補助されるトルクが大きくなる。これにより、第1モータMG1の出力トルクを低減することができ、動力伝達装置24において、第1モータMG1の出力トルクを伝達するための部品の消耗を抑えることができる。なお、第3モータMG3が第2モータMG2に接続されている場合には、上記の第1モータMG1への指令トルクと同様にして、第2モータMG2への指令トルクが決定される。
第2接続判定条件の判定方法は、上記の実施形態の判定方法に限らず変更されてもよい。例えば、接続判定部91は、rm1≧Rm1thであるときに、第1モータMG1に対しての第2接続判定条件を満たすと判定してもよい。rm1 = (Tm1_ref / Tm1_limit)である。従って、接続判定部91は、Tm1_ref が所定の上限閾値（Rm1th * Tm1_limit ）以上であるときに、第1モータMG1に対しての第2接続判定条件を満たすと判定してもよい。
同様に、接続判定部91は、rm2≧Rm2thであるときに、第2モータMG2に対する第2接続判定条件を満たすと判定してもよい。なお、第1モータMG1に対する第2接続判定条件と、第2モータMG2に対する第2接続判定条件とを同時に満たしている場合には、上述した第1回転速度と第2回転速度を比較して、低い方の回転速度に対応するモータに第3モータMG3を接続させてもよい。
例えば、Rm1th＝1である。この場合、要求牽引力を発生させることができる。或いは、Rm1thは１より小さい値であってもよい。この場合、要求牽引力が制限値に近づいてきたときに、第2接続判定条件が満たされることになる。これにより、要求牽引力が制限値に達する前に第3モータMG3の同期および接続を開始できるので、より迅速に要求牽引力を発生させることができる。或いは、Rm1thが1より大きい値であってもよい。この場合、必ずしも要求牽引力を発生させることができるわけではないが、第3モータMG3の接続頻度が減少することで、歯車等の機械要素やインバータ等の電気要素の消耗及び劣化を抑えることができる。
上述した第2切断判定条件の判定方法に代えて、接続判定部91は、rm1＜Rm1thであるときに、第1モータMG1に対しての第2切断判定条件を満たすと判定してもよい。すなわち、接続判定部91は、Tm1_ref が所定の上限閾値（Rm1th * Tm1_limit ）より小さいときに、第1モータMG1に対しての第2切断判定条件を満たすと判定してもよい。この場合、切断判定条件でのRm1thは、接続判定条件でのRm1th以下であることが望ましい。さらに望ましくは、切断判定条件でのRm1thは、接続判定条件でのRm1th未満である。この場合、切断接続条件と接続判定条件との間にヒステリシスが設けられるので、接続及び切断の切換のハンチングを抑えて安定させることができる。
本発明によれば、動力伝達装置での動力伝達効率を向上させることができるハイブリッド型の作業車両及びその制御方法を提供することができる。
21…エンジン, 25…走行装置, 24…動力伝達装置, 61…入力軸, 63…出力軸, 67…中間軸, 68…第1遊星歯車機構, 69…第2遊星歯車機構, 62…歯車機構, MG1…第1モータ, MG2…第2モータ, MG3…第3モータ, 27…制御部, 91…接続判定部, 92…モータ切換制御部

Claims (18)

  1. エンジンと、
    前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、
    前記油圧ポンプから吐出された作動油によって駆動される作業機と、
    前記エンジンによって駆動される走行装置と、
    前記エンジンからの駆動力を前記走行装置に伝達する動力伝達装置と、
    前記動力伝達装置を制御する制御部と、
    を備え、
    前記動力伝達装置は、
    入力軸と、
    出力軸と、
    遊星歯車機構を有し、前記入力軸の回転を前記出力軸に伝達する歯車機構と、
    前記遊星歯車機構の第１の回転要素に接続される第１モータと、
    前記遊星歯車機構の第２の回転要素に接続される第２モータと、
    前記第１モータと前記第２モータとを補助するための第３モータと、
    前記第３モータを前記第１モータ又は前記第２モータに接続した接続状態と、前記第３モータを前記第１モータと前記第２モータとの何れに対しても切断した切断状態とを、選択的に切り換え可能なモータ切換機構と、
    を有し、
    前記動力伝達装置は、前記第１モータと前記第２モータと前記第３モータとの回転速度を変化させることによって、前記入力軸に対する前記出力軸の回転速度比を変化させるように構成されており、
    前記制御部は、
    前記第３モータによる補助の要否を判定する接続判定部と、
    前記接続判定部が前記第３モータによる補助が必要と判定したときには、前記第３モータを前記接続状態とし、前記接続判定部が前記第３モータによる補助が不要と判定したときには、前記第３モータを前記切断状態とするように、前記モータ切換機構を制御するモータ切換制御部と、
    を有する、
    作業車両。
  2. 前記制御部は、前記第３モータへのトルク又は回転速度の指令値を決定するモータ指令値決定部をさらに備え、
    前記第３モータが前記切断状態であるときには、前記モータ指令値決定部は、前記第３モータへのトルク又は回転速度の指令値を所定の第１待機指令値にする、
    請求項１に記載の作業車両。
  3. 前記第３モータを前記切断状態から前記接続状態に切り換えるときには、前記モータ指令値決定部は、前記第３モータの回転速度を前記第１モータ及び前記第２モータのうち前記第３モータを接続するモータの回転速度と同期させるように、前記第３モータへの前記指令値を決定する、
    請求項２に記載の作業車両。
  4. 前記モータ切換機構は、前記第１モータ又は前記第２モータと、前記第３モータとの間の接続と遮断とを切り換えるクラッチを有し、
    前記クラッチが切断状態から接続状態に切り換わることで、前記第３モータが前記切断状態から前記接続状態に切り換わり、
    制御部は、現時点から所定の第１予測時間の経過後の前記第１モータ又は前記第２モータの回転速度の予測値である予測回転速度を演算する予測速度演算部を有し、
    前記予測回転速度の前記第３モータの回転軸相当の回転速度と前記第３モータの回転速度との差が所定の切換閾値以下になると、前記モータ切換制御部は、前記クラッチの接続を開始する、
    請求項３に記載の作業車両。
  5. 前記クラッチの接続開始時点から所定の第２予測時間が経過するまで、前記モータ指令値決定部は、前記第３モータへの指令トルクを所定の待機指令値にする、
    請求項４に記載の作業車両。
  6. 前記モータ指令値決定部は、前記第３モータが接続されるモータへの要求指令トルクを決定し、
    前記クラッチの接続開始時点から前記第２予測時間が経過したときに、前記モータ指令値決定部は、前記要求指令トルクに基づいて前記第３モータが接続されるモータと前記第３モータとへの指令トルクを決定する、
    請求項５に記載の作業車両。
  7. 前記クラッチへの作動油の充填の完了を検知するクラッチ充填検出部をさらに備え、
    前記クラッチの接続開始時点から前記クラッチ充填検出部が前記充填の完了を検知するまで、前記モータ指令値決定部は、前記第３モータへの指令トルクを所定の待機指令値にする、
    請求項４に記載の作業車両。
  8. 前記モータ指令値決定部は、前記第３モータが接続されるモータへの要求指令トルクを決定し、
    前記クラッチの接続開始後、前記クラッチ充填検出部が前記充填の完了を検知したときに、前記モータ指令値決定部は、前記要求指令トルクに基づいて前記第３モータが接続されるモータと前記第３モータとへの指令トルクを決定する、
    請求項７に記載の作業車両。
  9. 車速の上限を規定する速度範囲を選択するための変速操作部材をさらに備え、
    前記接続判定部は、所定の接続判定条件が満たされているときに、前記第３モータによる補助が必要であると判定し、
    前記所定の接続判定条件は、前記変速操作部材によって最も低速の前記速度範囲が選択されていることを含む、
    請求項１から８のいずれかに記載の作業車両。
  10. 車速を検知する車速検出部と、
    アクセル操作部材と、
    をさらに備え、
    前記制御部は、前記車速と前記アクセル操作部材の操作量とに基づいて前記動力伝達装置の要求牽引力を決定するトランスミッション要求決定部をさらに有し、
    前記接続判定部は、所定の接続判定条件が満たされているときに、前記第３モータによる補助が必要であると判定し、
    前記所定の接続判定条件は、前記第１モータの出力トルクと前記第２モータの出力トルクとから得られる牽引力が前記要求牽引力に不足することを含む、
    請求項１から８のいずれかに記載の作業車両。
  11. 車速の上限を規定する速度範囲を選択するための変速操作部材と、
    車速を検知する車速検出部と、
    アクセル操作部材と、
    をさらに備え、
    前記制御部は、前記車速と前記アクセル操作部材の操作量とに基づいて前記動力伝達装置の要求牽引力を決定するトランスミッション要求決定部をさらに有し、
    前記接続判定部は、所定の切断判定条件が満たされているときに、前記第３モータによる補助が不要であると判定し、
    前記所定の切断判定条件は、前記変速操作部材によって最も低速の前記速度範囲以外の速度範囲が選択されており、且つ、前記第１モータの出力トルクと前記第２モータの出力トルクとから得られる牽引力が前記要求牽引力に不足しないことを含む、
    請求項１から８のいずれかに記載の作業車両。
  12. 前記モータ切換制御部は、前記第３モータの回転速度が所定の上限値より大きいときには、第３モータを前記切断状態とするように、前記モータ切換機構を制御する、
    請求項１から８のいずれかに記載の作業車両。
  13. 前記第３モータを前記接続状態とした後の前記第３モータの回転速度が所定の上限回転速度を超えている場合には、前記モータ切換制御部は、前記第３モータを前記切断状態に切り換え、前記モータ指令値決定部は、前記第３モータの回転速度の指令値を、前記第１待機指令値より大きい所定の第２待機指令値とする、
    請求項２又は３に記載の作業車両。
  14. 前記接続判定部は、前記要求牽引力を発生させるために必要となる前記第１モータの出力トルク又は前記第２モータの出力トルクが所定の上限閾値以上であるときに、前記第１モータの出力トルクと前記第２モータの出力トルクとから得られる牽引力が前記要求牽引力に不足すると判定する、
    請求項１０に記載の作業車両。
  15. 前記モータ切換機構は、前記第１モータ又は前記第２モータと、前記第３モータとの間の接続と遮断とを切り換えるクラッチを有し、
    前記クラッチが切断状態から接続状態に切り換わることで、前記第３モータが前記切断状態から前記接続状態に切り換わり、
    前記制御部は、
    前記第３モータへのトルク又は回転速度の指令値と、前記第３モータが接続されるモータへの要求指令トルクとを決定するモータ指令値決定部と、
    現時点から所定の第１予測時間の経過後の前記第１モータ又は前記第２モータの回転速度の予測値である予測回転速度を演算する予測速度演算部と、
    をさらに有し、
    前記第３モータが前記切断状態であるときには、前記モータ指令値決定部は、前記第３モータへのトルク又は回転速度の指令値を所定の第１待機指令値に設定し、
    前記第３モータを前記切断状態から前記接続状態に切り換えるときには、前記モータ指令値決定部は、前記第３モータの回転速度を前記第１モータ及び前記第２モータのうち前記第３モータを接続するモータの回転速度と同期させるように、前記第３モータへの前記指令値を決定し、
    前記予測回転速度の前記第３モータの回転軸相当の回転速度と前記第３モータの回転速度との差が所定の切換閾値以下になると、前記モータ切換制御部は、前記クラッチの接続を開始し、
    前記クラッチの接続開始時点から所定の第２予測時間が経過するまで、前記モータ指令値決定部は、前記第３モータへの指令トルクを所定の待機指令値に設定し、
    前記クラッチの接続開始時点から前記第２予測時間が経過したときに、前記モータ指令値決定部は、前記要求指令トルクに基づいて前記第３モータが接続されるモータと前記第３モータとへの指令トルクを決定し、
    前記第３モータを前記接続状態とした後の前記第３モータの回転速度が所定の上限回転速度を超えている場合には、前記モータ切換制御部は、前記第３モータを前記切断状態に切り換え、前記モータ指令値決定部は、前記第３モータの回転速度の指令値を、前記第１待機指令値より大きい所定の第２待機指令値とする、
    請求項１に記載の作業車両。
  16. 車速の上限を規定する速度範囲を選択するための変速操作部材と、
    車速を検知する車速検出部と、
    アクセル操作部材と、
    をさらに備え、
    前記制御部は、前記車速と前記アクセル操作部材の操作量とに基づいて前記動力伝達装置の要求牽引力を決定するトランスミッション要求決定部をさらに有し、
    前記接続判定部は、所定の接続判定条件が満たされているときに、前記第３モータによる補助が必要であると判定し、
    前記所定の接続判定条件は、前記変速操作部材によって最も低速の前記速度範囲が選択されていること、又は、前記要求牽引力を発生させるために必要となる前記第１モータの出力トルク又は前記第２モータの出力トルクが所定の上限閾値以上である前記第１モータの出力トルクと前記第２モータの出力トルクとから得られる牽引力が前記要求牽引力に不足することであり、
    前記接続判定部は、所定の切断判定条件が満たされているときに、前記第３モータによる補助が不要であると判定し、
    前記所定の切断判定条件は、前記変速操作部材によって最も低速の前記速度範囲以外の速度範囲が選択されており、且つ、前記第１モータの出力トルクと前記第２モータの出力トルクとから得られる牽引力が前記要求牽引力に不足しないことを含み、
    前記モータ切換制御部は、前記所定の切断判定条件が満たされていなくても、前記第３モータの回転速度が所定の上限値より大きいときには、第３モータを前記切断状態とするように、前記モータ切換機構を制御する、
    請求項１又は１５に記載の作業車両。
  17. 前記動力伝達装置における駆動力伝達経路を複数のモード間で切り換えるためのモード切換機構と、
    車速の上限を規定する速度範囲を選択するための変速操作部材と、
    をさらに備え、
    前記第３モータが前記切断状態であるときに、前記モータ指令値決定部は、選択されている前記モードと前記速度範囲とに応じた所定回転速度で前記第３モータが待機状態となるように、前記第３モータへのトルク又は回転速度の指令値を決定する、
    請求項２に記載の作業車両。
  18. エンジンと、
    前記エンジンによって駆動される油圧ポンプと、
    前記油圧ポンプから吐出された作動油によって駆動される作業機と、
    前記エンジンによって駆動される走行装置と、
    前記エンジンからの駆動力を前記走行装置に伝達する動力伝達装置と、
    を備える作業車両の制御方法であって、
    前記動力伝達装置は、
    入力軸と、
    出力軸と、
    遊星歯車機構を有し、前記入力軸の回転を前記出力軸に伝達する歯車機構と、
    前記遊星歯車機構の第１の回転要素に接続される第１モータと、
    前記遊星歯車機構の第２の回転要素に接続される第２モータと、
    前記第１モータと前記第２モータとを補助するための第３モータと、
    前記第３モータを前記第１モータ又は前記第２モータに接続した接続状態と、前記第３モータを前記第１モータと前記第２モータとの何れに対しても切断した切断状態とを、選択的に切り換え可能なモータ切換機構と、
    を有し、
    前記動力伝達装置は、前記第１モータと前記第２モータと前記第３モータとの回転速度を変化させることによって、前記入力軸に対する前記出力軸の回転速度比を変化させるように構成されており、
    前記第３モータによる補助の要否を判定するステップと、
    前記第３モータによる補助が必要と判定されたときに、前記第３モータを前記接続状態とするように前記モータ切換機構を制御するステップと、
    前記第３モータによる補助が不要と判定されたときに、前記第３モータを前記切断状態とするように前記モータ切換機構を制御するステップと、
    を備える作業車両の制御方法。
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